美國研發紙質細菌電池,可生物分解免擔心回收問題

作者 | 發布日期 2018 年 08 月 22 日 8:00 | 分類 能源科技 , 電池 follow us in feedly

近年來為追求低成本、高效率與環保電池,不少創新技術應運而生,而近日美國賓漢頓大學開發出一種以細菌為驅動力的「紙電池」,不僅具有輕便可攜帶等優點,還可以生物分解,之後在為數百萬台感測器與設備供電的同時,再也不用擔心電池難以回收的難題了。



電池與微型電子設備可說是我們生活基礎設備,從 3C 產品、交通智慧感測器到醫護設備都需會需要這些必需品,電子設備需求量預估在未來 5 年內將增長至 500 億,但通常這些設備壽命並不長,有些甚至只能使用一次,往往會造成電池回收難題與生態污染。

因此,為解決此難題,美國賓漢頓大學成功利用紙與細菌打造一次性電池,細菌可用來產生電流為電池供電,還可在壽命結束時「吞噬」電池,完美解決電池回收問題。細菌能透過呼吸作用將有機物質中的生化能量(biochemical energy)轉換成生物能量(biological energy),透過一系列連續的分子內有機反應將電子輸送到陽極。

而為成功製造電池,研究員將急速冷凍的「胞外產電菌(exoelectrogens)」放置在紙上,根據團隊說法,該細菌可以將電子轉移到細胞外,電子可穿過細胞膜並與外部電極接觸、為電池供電。而在電池未啟用之前,細菌都處於冷凍乾燥狀態,可透過添加水與唾液,讓電池開始運作或是讓電池中的細菌更有活性。

目前細菌紙電池壽命約 4 個月,電池用盡之後可放入水中自然分解,最大功率則為每平方公分 4μW,電流密度則是每平方公分 26μA,賓漢頓大學電機工程系助理教授 Seokheun(Sean)Choi 表示,該數據比以往的紙質細菌電池高出許多,但若要達成商業化,功率與電流密度還得提高 1,000 倍。

不過團隊也沒有因此灰心,Choi 指出,將紙做為設備基板的好處在於,我們能很容易地將設備摺疊來進行串聯。之後團隊目標則是改善細菌的壽命,進一步提升電池壽命與性能。

該技術即是所謂的紙電子(papertronics),讓電子設備擺脫笨重脆硬等形象,透過與紙張結合,打造可撓式、可摺疊、輕便、成本低且可生物分解的產品。先前該團隊也有研發細菌紙電池,用碳做為陽極、液態鎳則為電池陰極,成本更是只有 5 美分,且可以摺疊成火柴盒大小、能用於各種小型生物感測器。

目前也不是只有賓漢頓大學在研究紙電池,由西班牙、加拿大和美國組成的團隊也在 2017 年打造出無金屬、能生物降解的氧化還原液流電池,其中以纖維素製成的電池在運作 100 分鐘之後,可被土壤中的微生物吞噬,處理電池的方式就像堆肥一樣簡單。

現在科學家已推出各式各樣的紙電子產品原型,像是電晶體、顯示器、電池、感測器與智慧標籤等,但難以量產、電池儲存容量不大、如何進行生物降解等都是科學家所遇到的難題,而未來隨著技術不斷進步與創新,之後或許真的有辦法讓紙製電子產品商業化,創造另一股環保商機。

(本文由 EnergyTrend 授權轉載;首圖來源:賓漢頓大學