近年来随着微电子技术的发展,越来越多的一次性电子设备问世,这也对一次性电池提出了更加严峻的挑战,如何创造出低功率、转换效率好的一次性电池已成为科学家的难题。
近日,科学家成功研发一种由水激活的新兴一次性纸电池,它可用来为各种低功率的一次性电子设备供电,如用于追踪物品的智能标签、环境传感器等,最大的特点是可大幅降低对环境的污染及影响。
如图所示,该新型电池是由一个至少1cm2的电池、三个印在长方形纸条上的墨水组成,该纸条上覆盖着氯化钠盐,较短的末端沉浸在蜡中。纸的一个平面上印有含有石墨片的墨水,作为电池的正极;另一面印有含有锌粉的墨水,作为电池的负极。
在其他两种墨水的基础上,在纸的两面都印有含有石墨片和碳黑的墨水。这种墨水将电池的正负极与位于纸的浸蜡一端的两根导线连接起来。当加入少量的水时,纸中的盐会溶解,释放出带电离子。这些离子在纸上传播以激活电池,从而使电池负端的墨水中的锌释放电子。
在研究中,研究人员讲这些电线连接到一个电气设备上,关闭电炉,促使电子可从负极转移到正极,这些过程产生的电流可用于为该设备供电。
通过多次试验,研究证明该电池有能力运行低功率的电子设备,可在20秒内激活,且在不连接到耗能设备时,达到1.2伏的稳定电压。
举个例子:一个标准AA碱性电池的电压是1.5伏。一小时后,由于纸张干燥,一节电池的性能明显下降。然而,在再加入两滴水后,它又保持了0.5伏的稳定工作电压,时间超过了一个小时。
研究人员表示,纸和锌的可生物降解性可以使他们的电池尽量减少一次性低功率电子产品对环境的影响。他们建议,通过尽量减少墨水内的锌用量,可以进一步提高电池的可持续性,这也使得电池产生的电量可以得到精确控制。
该项研究及具体细节已整理发表在知名学术杂志《科学报告》上。