「パペトロニクス」とは何ですか？なぜ研究者は紙を電池の源として捉えるのか

数ヶ月ごとに新しい携帯電話、ラップトップ、またはタブレットが登場し、非常にエキサイティングな人々がそのブロックを手に入れるために並んでいるようです。新しい、もう少し高度な電子機器の永続的な導入がAppleのようなビジネスを大いに成功させた一方で、これらの電子機器の短い有効期間は環境にとって悪いです。

現代の電子機器は、さまざまな金属やプラスチックが一緒にはんだ付けされている回路基板でいっぱいです。これらの材料のいくつかは有毒です - または有毒物質に分解されます。電子廃棄物のリサイクル、再利用可能な材料の回収、および残りの廃棄物の適切な処理を推進するための取り組みが進行中です。しかし、ほとんどの機器では最終的に埋立地に大量の電子廃棄物が増えています。

増え続けるこれらの山にもっとゴミを加える代わりに、生分解性の電子機器を作る機会があります。だからこそ、他の研究者と私は、紙ベースの電子機器の分野である「パペロニクス」を注目しています。彼らは柔軟で折りたたみ式でさえも、環境にやさしく低コストであるということです。

しかし、本当に環境にやさしいものにするために、パペロニクスは、電気を蓄えたり放電させたりするために、金属と苛性酸でできている伝統的な電池を使うことができません。最近、私の化学者の同僚のOmowunmi Sadikと私は、リサイクル可能で生分解性で、しかも実際に使用するのに十分な信頼性のある紙のバッテリーを開発しました。鍵はバクテリアです。

フレキシブルバイオ電池

私はフレキシブルバッテリー、唾液で動くバッテリーなどを開発しました。私は紙ベースの電子機器に電力を供給しようとするとき、それが紙から電池を作ることを試みるのは理にかなっていると考えました。幸いなことに、紙は優れた潜在的な電池材料です。それは柔軟性があり、優れた絶縁体であり、電子部品を取り付けるための優れたプラットフォームとなり、液体を容易に吸収および放出します。これらの電気的特性を改善するために、ポリマー - ポリアミド酸およびポリピロメリット酸二無水物-p-フェニレンジアミン）を添加した。

次に、化学的に反応して電子を生成する金属や酸の代わりに、バッテリーにエネルギーを蓄えるために、バクテリアを追加しました。これらの電池が最終的に商品化されると、それらは人間と環境にとって安全で、他の汚染を減らすために十分に封じ込められたバクテリアを使うでしょう。

紙は粗くて多孔質であるため、バクテリアはそれにくっつき、植物材料や廃水を含むほとんどすべての利用可能な有機材料を分解することによってそれら自身のエネルギーを生成します。現時点では、私たちはソースパッケージをパッケージ化していますが、それは環境から来ることもあります。この化学反応により電子が発生します。通常、細菌の反応では、それらの電子は酸素と結合しますが、私たちは酸素を制限して電極を代用するためにバッテリーを製造しました。つまり、電子の流れを捉えてデバイスに電力を供給できます。

酸素が紙に入り込んでバクテリア間の電子の流れを妨げ、電池の効率を低下させる可能性があることを心配していました。それが起こるが、それは最小限の効果しか持たないことを我々は発見した。それは、非常に多くのバクテリア細胞が紙の繊維にしっかりと付着しているからです。それらは化学反応をほとんどの酸素から遮蔽する多層バイオフィルムを形成する。

私達はまた生分解することができる電池を望みました。バッテリー自体の中のバクテリアは、いったんエネルギーを放出し終えたら、紙とポリマーを無害な成分に分解することができます。水中では、故障の原因となる特別な器具やその他の微生物を使用せずに、当社のバッテリーは簡単に生分解しました。

ポリマー紙構造は、軽量、低コスト、および柔軟性がある。その柔軟性はまた電池が普通の紙切れのように折り畳むこと、または互いの上に積み重ねられることを可能にする。これにより、より多くのバッテリ電源を狭いスペースに収めることができます。

約束と機会

Papertronicsは、極限の条件にも生息し、ほとんどすべての物質を分解して電子を生成する可能性がある細菌を動力源としているため、限られたリソースを持つ遠隔地で特に役立ちます。どちらも、確立された電力網を必要としません。また、紙の電池は使用後に使い捨てになるように設計されていますが、その材料はリサイクル可能です。そして、再生紙から新しい電池を作ることができます。

紙ベースのバイオ電池が将来の電子機器のための革命的であるように、それらは作るのがかなり簡単です。ロールツーロール印刷やスクリーン印刷などの従来の製造工程で、ポリマーやバクテリアを紙と混ぜることができます。あるいは、紙の上に塗ったり注いだりすることもできます。

金属、半導体、絶縁体、およびナノ粒子のような他の材料も紙の電池に加えることができます。これらの物質や他の物質は、紙ベースのデバイスにさらに多くの特性と機能を追加し、次世代の電子機器への新たな扉を開きます。

この記事の最初の投稿者は、Seokheun ChoiによるThe Conversationです。ここで元の記事を読んでください。