只需加水即可激活一次性纸质电池

【导读】：

尽管重复使用和回收利用总是最好的，但许多小型、简单、低功耗的电子设备往往是一次性使用的。一种新的纸质电池可以使它们更加环保，因为它可以被水激活，并且一旦被丢弃就会生物降解。该电池由瑞士 Empa 研究所的科学家开发，旨在用于“智能”运输标签、环境传感器和一次性医疗诊断设备等应用。

模版印刷的两芯纸电池为 LCD 闹钟供电。

《科学报告》的原理验证研究中介绍了一种水活化一次性纸电池。作者建议，它可用于为各种低功耗、一次性使用的电子产品（例如用于跟踪物体的智能标签、环境传感器和医疗诊断设备）供电，并将其对环境的影响降至最低。

纸电池设计由至少一个尺寸为 1 平方厘米的单元组成，并由打印在矩形纸条上的三种墨水组成。氯化钠盐分散在整个纸条中，其较短的一端已浸入蜡中。一种含有石墨片的墨水，作为电池的正极（阴极），印刷在纸的一个平面上，而含有锌粉的墨水，作为电池的负极（阳极），印在纸的反面。此外，在纸的两面，在其他两种墨水之上，印有含有石墨片和炭黑的墨水。这种墨水将电池的正极和负极连接到两根电线，这两根电线位于纸的浸蜡端。

当加入少量水时，纸中的盐会溶解并释放出带电离子。这些离子通过分散在纸张中来激活电池，导致电池负极端的墨水中的锌释放电子。将电线连接到电气设备上会关闭电路，以便电子可以从负端（通过含石墨和炭黑的墨水、电线和设备）转移到正端（含石墨的墨水）并转移到正端（含石墨的墨水）到周围空气中的氧气。这些反应产生可用于为设备供电的电流。

模版印刷的两芯纸电池的照片，其设计上拼写了作者研究机构 (Empa) 的名称。两个电池都被水屏障隔开。

概念验证：低功率电子产品的可持续能源

为了证明他们的电池能够运行低功耗电子设备，作者将两个电池组合成一个电池，并用它为带有液晶显示器的闹钟供电。对单节电池的性能分析表明，加入两滴水后，电池在 20 秒内激活，在不连接耗能设备的情况下，达到 1.2 伏的稳定电压。标准 AA 碱性电池的电压为 1.5 伏。一小时后，由于纸张干燥，单节电池的性能显着下降。然而，在再加入两滴水后，它又保持了 0.5 伏的稳定工作电压超过一小时。

作者提出，纸和锌的生物降解性可以使他们的电池最大限度地减少一次性低功率电子产品对环境的影响。他们建议，通过最大限度地减少墨水中锌的使用量，可以进一步提高电池的可持续性，这也可以精确控制电池产生的电量。

两种互补的技术

此前，Nyström 的团队已经开发出一种纸质可降解超级电容器，可以进行数千次充电和放电而不损失效率。与相同重量的电池相比，超级电容器的能量密度低约 10 倍，而功率密度却高出约 10 到 100 倍。因此，超级电容器可以更快地充电和放电。它们还可以承受更多的充电和放电循环。“所以这两种设备实际上是互补的”，Nyström 说。新的水激活电池背后的想法是能够制造充满电的设备，并且仅在触发刺激后才释放这种能量，在这种情况下只是一滴水。

可生物降解的电池由四层组成，一层接一层地从3D打印机中流出。然后整个东西像三明治一样折叠起来，中间有电解质。

埋在土里两个月后，电容器已经解体，只剩下一些可见的碳颗粒