用過即丟也很環保,美國開發新一代低成本微型生物電池

作者 | 發布日期 2019 年 06 月 06 日 14:15 | 分類 穿戴式裝置 , 能源科技 , 電力儲存 follow us in feedly


你可曾想過電池最終去處?如果妥善回收處理,電池材料還可以尋找第二春再利用,但若是被丟入垃圾場或是大自然中,就會造成無法挽回的環境傷害,對此,美國科學家已研發出一次性且便宜的微型生物電池,不僅更加環保,還有助於拋棄式物聯網系統(disposable IoT)發展。

拋棄式物聯網為擴大與進階版本的物聯網,不管什麼東西都可以連上網,甚至可以傳遞任何訊息,未來說不定食物包裝還配有感測器與上網功能,能檢測新鮮度,甚至提供一份食譜,對消費體驗與醫療保健服務都大有裨益。

美國賓漢頓大學(Binghamton University)電機與電腦工程副教授 Seokheun Choi 表示,這些新技術可能會配有便宜、小型、精密的拋棄式包裝,只會在一段時間內上網或是傳遞訊息。

只不過這種設計固然方便,但這也代表著這些感測器、電路、電池等等都是一次性的,如果不好好回收,或是採用環保技術,會對環境帶來龐大的負擔,Choi 團隊已開始著手研發暨環保又有用的一次性電池。

在過去的實驗中,美國賓漢頓大學團隊有兩大方向,其一是拋棄式低功率紙質生物電池,另一種是壽命較長的微生物燃料電池,只不過不管是哪一種方案,研究團隊在實驗過程中皆屢屢碰壁,Choi 之前研發的微生物燃料電池的功率密度低、也需要高耗能流體系統,因此團隊開始認為,或許低功率、一次性的微生物固態電池是最適合,也最容易實現的。

團隊最終決定把兩種方案合二為一,研發出新一代一次性的微型生物電池,根據團隊在《Journal of Power Sources》發表的論文,生物電池透過在 μL 級的電池槽中儲存微生物陽極營養與離子途徑,避免適用高耗能的流體系統,大幅延長電池續航力。

團隊也創新地將舊有的液態陽極電解質、鹽橋和陰極室轉換成固態對應體(counterparts),進一步提高密度,並使細菌能緩慢且持續反應。除此之外,透過固相零件,科學家也能打造出更小、更容易整合與應用的電池。

根據團隊實驗,目前微生物電池最大功率為每平方公分 4μW,電流密度則是每平方公分 45μA,並可運作 96 小時,相較之下過去的液基控制元件電池只能發電 4 小時。

Choi 表示,目前拋棄式物聯網大多採用昂貴又對環境不友善的電池,大規模應用可能造成成本居高不下,以及難以忽視的環境問題,而團隊研發的微生物電池相對便宜與環保,則正在將微生物電池與 DC/DC 轉換器整合。

(首圖來源:shutterstock)

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