В Швейцарии придумали бумажную батарейку, которая активируется парой капель воды

Группа швейцарских учёных разработала экологически чистый и полностью биоразлагаемый маломощный элемент питания для носимой электроники и датчиков. Батарейка начинает работать после нанесения на её поверхность пары капель воды. Прототип пары таких элементов больше часа питал электронные часы. Ожидается, что подобные элементы минимизируют наносимый окружающей среде вред от нарастающего потока умной электроники.

Два последовательно соединённых бумажных элементов питания. Источник изображения: EMPA

Прототип батареи представляет собой полоску обычной бумаги с нанесённой на её поверхность обычной поваренной солью (см. статью в Nature). На одну сторону бумаги добавлен слой из графитовых хлопьев — это делается с помощью специально изготовленной краски. Тем самым батарея получает катод. Анод в виде слоя из смеси графита и цинка наносится на обратной стороне бумаги. Для запуска окислительно-восстановительных реакций в батарее, которые приведут к выработке электрического тока, достаточно нанести на неё пару капель обычной воды.

Вода растворяет соль и создаёт в бумажном слое батареи ионную проводимость. По сути это равнозначно заливке электролита в батарейку. Начинается реакция окисления цинка в аноде, которая освобождает электроны. Если к контактам батарейки подключить нагрузку, электроны побегут по проводам к катоду, где начнётся восстановительная реакция с захватом кислорода из воздуха. Тем самым стартует цикл окислительно-восстановительных реакций с выработкой тока до тех пор, пока в аноде будет оставаться цинк для поддержания реакций, или пока вода не высохнет.

Исследователи из Швейцарской федеральной лаборатории материаловедения и технологии (EMPA) провели доказательство концепции, изготовив предложенным способом два элемента и соединив их последовательно для увеличения напряжения. От двух капель воды элемент около часа питал электронный будильник. Одиночный элемент активировался через 20 секунд после нанесения на него воды и без нагрузки показывал стабильное напряжение 1,2 В в течении часа. Когда батарея подсохла, учёные добавили ещё пару капель и продлили работу батареи ещё на час с лишним, хотя после повторной активации напряжение холостого хода составляло всего 0,5 В.

Источник изображения: Nature

Разработчики считают, что подобные батареи могут автоматически активироваться в условиях повышенной влажности, либо можно будет создать конструкцию батареи для обычного использования после добавления воды. Инженеры наверняка смогут придумать, как не дать батарее высохнуть раньше времени. Работает же она до тех пор, пока в составе анода остаётся цинк. Тем самым можно легко рассчитать время жизни подобных батарей и печатать их строго для поддержки питания в заданных временных границах, что не позволяют альтернативные технологии, например, похожие по реализации воздушно-металлические батареи.