دانشمندان با استفاده از آب، باتری کاغذی اختراع کردند

باتری یک‌بارمصرف ساخته‌شده از کاغذ با پوشش ذرات گرافیت و روی (زینک) می‌تواند انرژی موردنیاز چندین نوع وسیله‌ی الکترونیکی کوچک را تأمین کند. این باتری به‌طور خاص در دستگاه‌های یک‌بار‌مصرف نظیر گجت‌هایی که موقتا در حوزه‌های پزشکی و صنعتی استفاده می‌شوند کاربرد دارد.

پژوهشگران می‌گویند که ممکن است بتوانند از این باتری کاغذی در سیستم‌های بلادرنگ پیگیری سفارش، سیستم‌های نظارت بر محیط و حتی حسگرهای ارزان پزشکی استفاده کنند. باتری جدید به هنگام خشک بودن غیرفعال است، اما وقتی به آن آب اضافه شود جریان برق تولید می‌کند.

گوستاو نایستروم، از اعضای آزمایشگاه فدرال علم و فناوری مواد در سوئیس، به‌همراه همکارانش یک طرف از کاغذی مستطیل‌شکل را با جوهر حاوی ذرات گرافیت و طرف دیگر را با جوهر حاوی پودر روی پوشاندند. این دو جوهر به‌ترتیب در نقش کاتد (قطب مثبت) و آند (قطب منفی) عمل می‌کنند. جوهر سوم که متشکل‌ از ذرات گرافیت و کربن سیاه است در بالای دو جوهر دیگر در هر دو طرف کاغذ چاپ شد و قطب مثبت و منفی را به دو سیم متصل کرد. این سیم‌ها به انتهای کاغذ وصل شدند و آغشته به موم بودند. دانشمندان می‌گویند که تکه‌کاغذ آغشته به نمک بود تا الکترولیت ایجاد شود. البته این الکترولیت تا زمانی که آب دردسترس نباشد فعالیت نمی‌کند.

به محض مرطوب شدن کاغذ، جریان الکترون‌ها آغاز می‌شود و کاغذ می‌تواند انرژی دراختیار دستگاه‌های الکترونیکی کوچک قرار دهد.

براساس گزارش نیوساینتیست، پژوهشگران با استفاده از دو سلول کاغذی یک باتری ساختند و توانستند با موفقیت در ولتاژ ۲٫۴ ولت، ساعتی زنگ‌دار با نمایشگر LCD راه‌اندازی کنند. چنین باتری ساده‌ای توانایی شارژ محصولاتی مثل گوشی و لپ تاپ را ندارد، اما قطعاً از پتانسیل زیادی برای استفاده در حسگرهای کم‌مصرف برخوردار است.

تنها ۲۰ ثانیه پس از اضافه شدن دو قطره آب، باتری جریان برق تولید کرد و به مدت یک ساعت به فعالیت خود ادامه داد تا این‌که با خشک شدن کاغذ عملکرد باتری به تدریج افت کرد و در نهایت جریان برق قطع شد. پس از اضافه شدن یک قطره آب اضافه، باتری تا یک ساعت دیگر جریان برق ارائه داد. با آب اضافه، باتری می‌تواند دو ساعت پس از آغاز فعالیتش ولتاژ ۰٫۵ ولت ارائه دهد.

اضافه کردن آب باعث انحلال نمک کاغذ می‌شود و درنتیجه‌ی این اتفاق یون‌های باردار آزاد می‌شوند و در مسیر حرکت خود باتری را فعال می‌کنند. به دلیل اتصال سیم‌ها به دستگاه الکترونیکی، با مداری بسته طرف هستیم. این یعنی الکترون‌ها می‌توانند از قطب منفی به قطب مثبت منتقل شوند. با ولتاژ پایدار ۱٫۲ ولت، باتری کاغذی تقریباً مشابه باتری آلکالاین استاندارد AA با ولتاژ ۱٫۵ ولت است.

پژوهشگران می‌گویند میزان روی اضافه‌شده به کاغذ ظرفیت باتری را تعیین می‌کند. آن‌ها همچنین می‌گویند که می‌توان اصلاحاتی در باتری کاغذی اعمال کرد تا برای مصارف مختلف بهینه شود. کاغذ و روی موادی زیست‌تخریب‌پذیرند و در صورت استفاده از فرآیندهای صحیح امکان بازیافت آن‌ها نیز وجود دارد. پژوهشگران می‌گویند سرهم کردن مواد اولیه‌ی این باتری هزینه‌ی زیادی ندارد و می‌توان آن را در ابعاد و شکل‌های مختلف ساخت.

گوستاو نایستروم می‌گوید باتری کاغذی از لحاظ تئوری می‌تواند انرژی مورد نیاز سیستم‌هایی که پیگیری سفارش‌ها را به‌صورت بلادرنگ انجام می‌دهند تأمین کند تا بهره‌وری زنجیره‌ی تأمین افزایش یابد. به گفته‌ی نایستروم می‌توان از باتری کاغذی در فرایند بازیافت بسته‌بندی مواد غذایی نیز استفاده کرد؛ در این حالت باتری کاغذی در دستگاه‌هایی به‌ کار برده می‌شود که اطلاعات دقیقی درباره‌ی مواد اولیه‌ی‌ موجود در بسته‌ها ارائه می‌دهند.

پژوهشگران می‌گویند که به دلیل پایین بودن توان خروجی فعلا نمی‌توانیم موارد استفاده‌ی زیادی برای باتری کاغذی متصور شویم: «بااین‌حال مصرف انرژی حسگرها در سال‌های اخیر کاهش پیدا کرده است. احتمالاً باتری‌های کاغذی و حسگرها مسیرشان به‌هم مرتبط می‌شود تا بتوانیم کارهایی مفید انجام دهیم، حتی در سطح صنعتی.»

نتایج این مطالعه در مجله‌ی علمی Scientific Reports منتشر شده است.