上海市太阳能学会

背景

造纸术，是中国古代四大发明之一。纸，是中国古代劳动人民的智慧结晶，人类文明史上的一项杰出的发明创造。如今，纸张已广泛应用于人类生活的诸多方面，例如：纸币、纸巾、试纸、书本等等。

如今，新兴的电子技术，让历史悠久的纸张又焕发出了新的活力。纸电子（Papertronics ）是一个极具前景的新兴科技领域。与纸张的结合，让电子产品摆脱笨重僵硬的传统形象，变得柔性、轻量、生物可降解。此外，纸张还具有成本低廉，可循环利用等优势。

科学家们已研发出各式各样的纸电子产品，例如：晶体管、显示器、电池、传感器、智能标签等。

柔性纸基板上的晶体管（图片来源：Emily Cooper）

纸基板上的有机发光二极管（图片来源: Jin-Young Kim / 成均馆大学）

纸基板上的柔性太阳能阵列（图片来源: Patrick Gillooly/麻省理工学院）

纸基医疗诊断装置（图片来源：普渡大学/Aniket Pal）

纸张上的RFID标签（图片来源：Eric Brockmeyer/迪士尼研究院）

接下来，让我们重点关注美国宾汉姆顿大学托马斯·沃森工程和应用科学学院电气和计算机工程系的助理教授 Seokheun “Sean” Choi 在纸基电池方面的研究成果。

2016年6月，笔者曾介绍过 Choi 教授的团队开发出折纸飞镖式样的微生物燃料电池，可以给为一次性的纸基生物传感器以及其他微型设备供电。

2016年12月，笔者曾介绍过 Choi 教授团队开发出由细菌提供能量的纸电池，它不仅可以为生物传感器供电，还可以用于净化环境。

多年来，科学界一直将纸电池当成传统电池的一种生态友好的替代品。但是，科学家们提出的众多设计方案一直没能足够强大，这些纸电池都难以生产制造，而且它们是否真正可生物降解还值得怀疑。

创新

然而，美国汉姆顿大学 Choi 教授在纸基电池领域的最新研究成果，有望解决上述问题。

这一次，Choi 教授与该校化学系教授 Omowunmi Sadik 合作开发出一种可生物降解的纸基电池，其效率比之前更高。Choi 教授负责纸基电池的设计，而 Sadik 教授负责让电池变成一种自我维持的生物电池。

研究论文题为“绿色生物电池：混合纸-聚合物的微生物燃料电池”（Green Biobatteries: Hybrid Paper-Polymer Microbial Fuel Cells），发表在《Advanced Sustainable Systems》期刊上。

技术

该电池采用了纸张与工程聚合物的混合物。聚合物【poly (amic) acid 和 poly (pyromellitic dianhydride-p-phenylenediamine】是赋予电池生物可降解特性的关键。团队测试了电池在水中的降解，结果显示电池在水中明显地降解了，并且无需任何特殊装置、条件或引入其他微生物。

价值

“聚合物-纸”结构是轻量、低成本且柔性的。Choi 表示，柔性也带来了另外一个益处。Choi 说：“通过简单地折叠或者堆叠混合纸-聚合物的柔性设备有望增强功率。”

团队表示，生产这种生物电池的工艺非常简单明了，而且根据所需的配置，材料可进行修改。

Choi 表示：“电子垃圾急剧增长，这有望成为减少电子垃圾的一种绝佳方法。我们的混合型纸电池表现出的功率成本比（power-to-cost ratio），比之前报道的纸基微生物电池要高得多。”

关键字

纸电子、电池、环保

参考资料

【1】https://www.binghamton.edu/news/story/1227/scientists-create-biodegradable-paper-based-biobatteries

【2】Maedeh Mohammadifar, Idris Yazgan, Jing Zhang, Victor Kariuki, Omowunmi A. Sadik, Seokheun Choi. Green Biobatteries: Hybrid Paper-Polymer Microbial Fuel Cells. Advanced Sustainable Systems, 2018; 1800041 DOI: 10.1002/adsu.201800041