اختراع باتری کاغذی دوستدار محیط‌ زیست

مواد سمی موجود در این زباله‌ها می‌تواند با نفوذ به آب و خاک باعث آلودگی محیط‌زیست شود. در تحقیقی که به تازگی در بخش گزارش علمی مجله نیچر منتشر شده است، پژوهشگران موفق به ساخت باتری کاغذی یک‌بار مصرفی شده‌اند که با آب فعال می‌شود. این باتری می‌تواند انرژی لازم برای لوازم الکترونیکی یکبارمصرف را تامین کند و آثار مخرب محیط‌زیستی آنها را به حداقل برساند.

این اختراع جدید می‌تواند تاثیر مهمی بر لوازم الکترونیک یک‌بار مصرف داشته باشد. این قبیل ابزارها در صنعت و پزشکی کاربرد دارد و بعد از استفاده به عنوان زباله‌ الکترونیک روی هم انباشته می‌شوند. مهم‌ترین ویژگی این باتری کاغذی زیست‌تجزیه‌پذیر بودن آن است؛ به این معنی که موجودات زنده توانایی تجزیه و انحلال آن را دارند.

در ساخت این باتری از مواد پایدار استفاده شده و ساخت آن از نظر اقتصادی ارزان است. همچنین ساخت این باتری‌ها در هر اندازه‌ و شکل مورد نیازی ممکن است. باتری دو سلولی ساخته‌شده با این فناوری می‌تواند یک ساعت دیجیتال رومیزی را روشن کند. گرچه به این زودی‌ها نمی‌توان از این باتری‌ها به عنوان باتری لپ‌تاپ استفاده کرد اما ظرفیت بسیار زیادی برای استفاده از آن در ابزارهای برقی کم‌مصرف وجود دارد.

چاپ پایانه‌های مثبت و منفی با جوهر مخصوص

این پژوهشگران در مقاله خود نوشته‌اند «ما نوعی باتری کاغذی چاپی ساخته‌ایم که بر مبنای سلول الکتروشیمیایی فلز-هوا ساخته شده است. در این باتری از عنصر روی به عنوان یک فلز زیست‌تجزیه‌پذیر برای آند و از گرافیت برای کاتد استفاده شده است. کاغذ نقش جداکننده‌ بین دو الکترود را بازی می‌کند و الکترولیت آن بر پایه‌ آب ساخته شده است.» این باتری از کاغذی ساخته شده که در آن سدیم‌کلرید وجود داشته و ابعادی حدود یک سانتی‌متر دارد. از جوهرهای مخصوص برای چاپ روی این باتری استفاده شده است. یکی از جوهرها شامل ذرات گرافیت است و به عنوان کاتد (پایانه مثبت) عمل می‌کند، در حالی که در سوی دیگر کاغذ پودر روی وجود دارد که به عنوان آند (پایانه منفی) عمل می‌کند. جوهر سوم از ذرات گرافیت و کربن‌سیاه تشکیل شده و در دو سمت کاغذ روی دو جوهر دیگر چاپ می‌شود و به این ترتیب پایانه مثبت و منفی را به دو سیم وصل می‌کند. در این باتری از حدود دو قطره آب استفاده می‌شود. این مقدار اندک آب، نمک‌های درون کاغذ را حل می‌کند و باعث رهاشدن یون‌ها می‌شود و در نهایت حرکت این یون‌ها باعث فعالسازی باتری می‌شود. مدار با متصل‌کردن سیم به دستگاه الکتریکی بسته می‌شود؛ به این معنی که الکترون‌ها می‌توانند از پایانه‌ منفی به پایانه مثبت منتقل شوند.

باتری کاغذی، هم‌توان با باتری‌های قلمی

با ولتاژ ثابت ۱.۲ولت، این باتری کاغذی تقریبا با یک باتری قلمی قلیایی ۱.۵ولتی برابری می‌کند. طبق آزمایش‌های انجام‌شده در این تیم، باتری حدود ۲۰ ثانیه پس از اضافه‌شدن آب شروع به تولید انرژی می‌کند. به گفته این محققان «این عملکرد نشان می‌دهد برخلاف چگالی توان محدود این باتری در مقایسه با فناوری‌های مرسوم باتری کاغذی می‌تواند برای طیف گسترده‌ای از وسایل الکترونیک کم‌مصرف و اتصال و ارتباط وسایل باهم(اینترنت اشیا) کاربردی باشد.»گرچه عملکرد این باتری با گذر زمان و خشک‌شدن کاغذ کاهش می‌یابد اما می‌توان کارکرد آن را با افزودن آب بهبود بخشید. با آب اضافی، باتری دو ساعت پس از فعال‌شدن همچنان می‌تواند ۰.۵ولت انرژی تولید کند. این پژوهشگران قصد دارند بازده این باتری را افزایش دهند و آن را برای فعالیت طولانی‌تر بهبود ببخشند. به‌گفته محققان «با افزایش آگاهی از مشکل زباله‌های الکترونیکی و ضرورت استفاده از وسایل الکترونیکی یک‌بار مصرف در پایش زیست‌محیطی و پایش غذایی نیاز رو به رشدی برای باتری‌های کم‌خطر برای محیط‌زیست وجود دارد. مهاجرت از روش‌های مرسوم و پذیرفته‌شده به سمت روش‌های جدید فرصت‌های نوینی را برای استفاده از مواد و طراحی‌های غیرمتعارف خلق می‌کند که رابطه‌ای منطقی بین عملکرد و آثار محیط‌زیستی آنها وجود دارد.»

منبع: Science Alert