只需添加由水开关激活的水纸基电池

毫无疑问，电池行业已经进行了大量的研究和开发。在大多数情况下，这项研究的重点是提高性能或降低成本，其中容量、重量和功率输出等因素是最受欢迎的发展。

然而，同样重要的是现代电池的可持续性方面。如今，锂离子电池在世界各地造成了大量不需要的电子垃圾。为了应对这种情况，Empa的研究人员开发了一种新的、安全的一次性电池，这种电池由纸制成，并由水激活。

 

Empa的纸基电池。图片由Empa提供

 

在这篇文章中，我们将关注围绕锂离子电池日益增长的电子垃圾问题，以及Empa的新研究希望如何解决这些问题。

 

日益增长的电子垃圾问题

当今环境面临的最大问题之一是产生的电子垃圾越来越多。

一般来说，电子垃圾是指因任何原因被处理的任何和所有电子设备。电子垃圾正在迅速成为世界上垃圾填埋场的最大贡献者之一，最近的报告估计，2021年，5740万公吨未回收的电子垃圾将进入垃圾填埋场。

 

全球电子垃圾产生概览。图片由The RoundUp提供

 

与其他形式的垃圾填埋相比，电子垃圾尤其令人不安，原因有几个。

其中一个原因是，许多电子设备被丢弃是因为它们过时了，而不是因为它们不再有效。以当今的消费文化为例，每年都会推出新款智能手机。许多人倾向于丢弃“旧”手机，即使它能用，而不是最新型号的手机。

除此之外，与其他废物不同，电子废物通常含有电池供电的设备，电池中可能含有有毒和不安全的化学物质。当被放置在垃圾填埋场时，这些化学物质会从电池中泄漏并被吸收到地球中，在那里毒素会进入当地的水源。更为复杂的是，截至2019年，全球只有5%的锂离子电池被回收。

 

打开Empa的水活性纸基电池包装

最近，Empa的研究人员宣布了一种新型安全的一次性纸基电池，成为头条新闻。

正如其最近发表的论文所述，电池结构由三种不同的墨水组成，它们明智地印刷在1厘米的纸上^2.一张纸。电池阴极是用注入石墨的墨水制作的，墨水印刷在纸的一面，而阳极是用注入锌粉的墨水印刷在另一面。然后，将含有石墨和碳的第三种油墨印刷在纸的侧面上的其他油墨之上，作为在阳极和阴极之间建立连接的集电器。然后将盐分散在纸上，并在纸的一端涂上蜡。

 

Empa对电池进行了更详细的介绍。图片由Poulin等人提供[点击图片放大]

 

当向纸张中加入微量的水时，电池就会工作。水吸收分散的盐，新的水溶液起到离子导电电解质的作用，因此起到开关的作用。然后，这种电解质溶液自然地分散在纸张上，并在阳极处引发氧化，使纸张成为功能齐全的电池。

这项研究的结果是成功地证明了电池运行低功率电子设备的能力。研究人员表明，他们的电池提供了1.2伏的开路电压，并实现了150μW/cm的峰值功率密度^2.在0.5毫安时。

虽然不是一种强大的电池，但设计师可以将其用于物联网（IoT）设备等低功耗应用。更重要的是，像这样的一次性电池技术可能会极大地限制未来的电子垃圾，这类技术对环境的潜在影响。