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。
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（本文由 EnergyTrend 授權轉載；首圖來源：賓漢頓大學）
