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研究团队开发水活化一次性纸电池，能够运行低功率电子设备

发布时间：2022-8-2 14:24:08 被阅览数： 1847 次

瑞士 Empa 开发的水活化一次性纸电池可用于为各种低功耗、一次性使用的电子产品供电，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。

该电池由 Gustav Nyström 和他的团队设计，由至少一个面积为平方厘米的电池组成，并由印在长方形纸条上的三种墨水组成。氯化钠或食盐分散在整个纸条中，其较短的一端已浸入蜡中。

模板的印刷纸电池可以运行低功率的电子设备。

将用作阴极的含有石墨片的墨水印在纸的一个平面上，而将用作阳极的含有锌粉的墨水印在背面。另一种含有石墨片和炭黑的墨水印在纸的两面，在另外两种墨水的上面。这组成了集电器，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蜡浸端。

当添加少量水时，纸中的盐会溶解并释放带电离子，使电解质具有离子导电性。离子通过纸分散来激活电池，导致阳极墨水中的锌被氧化并释放电子。通过关闭外部电路，电子可以从含锌阳极转移到石墨阴极，在那里它们被转移到环境空气中并减少氧气。这些氧化还原反应（还原和氧化）产生可用于为外部电气设备供电的电流。

液晶显示器

为了证明他们的电池能够运行低功率电子设备，Nyström 的团队将两节电池组合成一个电池以增加工作电压，并用它为带有液晶显示器 (LCD) 的闹钟供电。对单芯电池的性能分析显示，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，在研究人员额外添加两滴水后，电池在 0.5 伏的稳定工作电压下保持了一个多小时。

研究人员认为，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。

Nyström 说，新电池的特别之处在于，与许多使用金属箔的电池随着电池耗尽而逐渐消耗掉的电池相比，设计只允许在特定应用的墨水中添加实际需要的锌量。金属箔更难控制，而且并不总是完全消耗，导致材料浪费，因此墨水中的锌含量越高，电池的运行时间就越长。

电池当前水活化设计的一个更关键的一点是电池变干所需的时间，但我相信这可以通过不同的设计来解决这个问题。对于一定湿度或潮湿环境中的环境传感应用，纸张的干燥不会成为问题。

超级电容器

此前，Nyström 的团队开发了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会降低效率。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，并且还可以承受更多的充电和放电循环。

Nyström 表示，这两种设备实际上是互补的，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。

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