Inspiracja roślinami: bateria papierowo-metalowo-powietrzna do urządzeń przenośnych

Lekkie, cienkie urządzenia papierowe pomagają zmniejszyć zależność od materiałów metalowych lub plastikowych, a jednocześnie są łatwe w utylizacji. Od papierowych urządzeń diagnostycznych, które zapewniają ekonomiczne i szybkie wykrywanie chorób zakaźnych, po baterie i urządzenia zasilające, które stanowią przyjazną dla środowiska alternatywę dla wytwarzania energii, naukowcy znajdują genialne sposoby wykorzystania tego wszechstronnego materiału.

Teraz zespół naukowców z Uniwersytetu Tohoku opublikował raport na temat wysokowydajnego akumulatora magnezowo-powietrznego (Mg-powietrznego) na bazie papieru, aktywowanego wodą.

„Inspirację czerpaliśmy z mechanizmu oddechowego roślin” – mówi Hiroshi Yabu, autor badania. „Fotosynteza przypomina proces ładowania i rozładowywania akumulatorów. Tak jak rośliny wykorzystują energię słoneczną do wytwarzania cukru z wody znajdującej się w ziemi i dwutlenku węgla z powietrza, nasze akumulatory wykorzystują magnez jako substrat do wytwarzania energii z tlenu i wody. ”

Aby wyprodukować baterię, Yabu i jego współpracownicy połączyli folię magnezową z papierem, a następnie dodali katalizator katodowy i warstwę dyfuzyjną gazu bezpośrednio na drugą stronę papieru. Bateria papierowa osiągnęła napięcie w obwodzie otwartym wynoszące 1,8 V, gęstość prądu 1,0 V wynoszącą 100 mA/cm² i maksymalną moc wyjściową 103 mW/cm².

„Akumulator nie tylko wykazał się imponującą wydajnością, ale działa bez użycia materiałów toksycznych – zamiast tego wykorzystuje katody węglowe i elektrokatalizator barwnikowy, który przeszedł rygorystyczne oceny” – dodaje Yabu.

Naukowcy przetestowali baterię za pomocą czujnika pulsoksymetru i czujnika GPS, wykazując jej wszechstronność w przypadku urządzeń przenośnych.