Об этом сообщает портал TechXplore. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Батарея, созданная специалистами лаборатории исследований свойств целлюлозы в Empa, конструктивно состоит как минимум из одной ячейки размером в 1 квадратный сантиметр, а также дополнена тремя типами чернил, напечатанными на прямоугольной полоске бумаги. По всей полоске бумаги распределена фактически обычная соль (хлорид натрия), а один из ее коротких концов погружен в воск.
Чернила, содержащие графитовые чешуйки, действуют как положительный электрод батареи (катод) и печатаются на одной из плоских сторон бумаги, а чернила, содержащие порошок цинка, который действует как отрицательный электрод (анод), отпечатываются на обратной стороне бумаги.
Помимо этого, чернила, содержащие графитовые чешуйки и сажу, печатаются на обеих сторонах бумаги поверх двух других типов чернил. Эти чернильные слои соединяют положительный и отрицательный концы батареи с двумя проводами, которые расположены на конце бумаги, покрытом воском.
При добавлении небольшого количества воды соль внутри бумаги растворяется, и тем самым высвобождаются заряженные ионы. Далее эти ионы активируют батарею, рассеиваясь по бумаге, в результате чего цинк в чернилах на отрицательном полюсе батареи высвобождает электроны.
Присоединение проводов к электрическому устройству замыкает цепь, так что электроны могут передаваться от отрицательного электрода (через чернила, провода и оболочку, содержащую графит и сажу) к положительному, где они затем взаимодействуют с кислородом окружающего воздуха. Эти реакции генерируют электрический ток, который можно использовать для питания небольшого устройства.
Анализ работоспособности одноэлементной тестовой батареи показал, что после добавления двух капель воды батарея активировалась в течение 20 секунд и при отсутствии подключения к энергоемкому устройству достигала стабильного напряжения 1,2 вольта. Для сравнения - напряжение стандартной щелочной батареи типа АА составляет 1,5 вольта.
Через час производительность такой одноячеечной батареи значительно снизилась из-за высыхания бумаги. Однако после того, как были добавлены еще две капли воды, она вновь смогла поддерживать стабильное рабочее напряжение (на сей раз в 0,5 вольта) в течение более одного дополнительного часа.
Чтобы продемонстрировать способность своей батареи работать с маломощной электроникой, авторы разработки в одном из вариантов тестирования объединили две ячейки в батарею-прототип и использовали ее для питания будильника с жидкокристаллическим дисплеем.
Исследовательская группа из Empa предполагает, что производственная эффективность их батареи может быть дополнительно увеличена за счет оптимизации количества цинка, используемого в чернилах, что также позволит более точно контролировать количество электроэнергии, вырабатываемой батареей. В комплексе с биоразлагаемостью бумаги и цинка, применяемых в батарее, это способно минимизировать вредное воздействие на окружающую среду.
Разработчики отметили, что такие батарейки можно использовать для питания широкого спектра того же типа (то есть одноразовой) электроники с низким энергопотреблением, такой как интеллектуальные этикетки для отслеживания объектов, датчики окружающей среды и медицинские диагностические устройства.