باتری کاغذی که با باکتری کار می کند

در نقاط دور افتاده جهان که دسترسی محدودی به منابعی مثل باتری دارند، هر روز استفاده از وسایل الکتریکی و باتری‌ها، یک کار لوکس به حساب می‌آید. مراکز سلامتی در این مناطق گاهی نمی‌توانند دستگا‌های تشخیص بیماری خود را استفاده کنند چرا که الکتریسیته برای این کار در اختیار ندارند.

از همین رو باتری‌های روزمره که ما استفاده می‌کنیم در این مناطق به سادگی در دسترس نیستند و یا اگر هم باشند، قیمت بسیار زیادی خواهند داشت. این‌ها یعنی برای چنین بخش‌هایی از جهان، باید باتری‌هایی که با هزینه کم تولید می‌شوند و البته قابل حمل هستند ساخته شوند. امروز خوشبختانه خبر رسید از جدیدترین تکنولوژی باتری‌های ارزان قیمت که از کاغذ ساخته شده و سوخت آن در واقع باکتری خواهد بود. این باتری‌ها به سادگی می‌توانند مشکل این نقاط جهان را حل کنند.

«کاغذ برتری‌های خاص به عنوان مواد مورد نیاز برای بیوسنسورها دارد. این ماده ارزان بوده، به سادگی در دسترس است، انعطاف پذیر بوده و در نهایت سطح مقطع زیادی می‌تواند داشته باشد. البته سنسورهای پیچیده نیازمند منبع تغذیه (برق) هستند. باتری‌های تجاری، گران قیمت بوده و بی فایده هستند و نمی‌توان آن‌ها را در بستر کاغذ پیاده سازی کرد. بنابراین بهترین روش، استفاده از باتری‌های بیولوژیکی بر بستر کاغذ است.»

محققان پیش از این هم توانسته بودند بیوسنسورهایی بر مبنای کاغذ بسازند که ارزان قیمت و راحت بوده و برای تشخیص بیماری‌ها و شرایط سلامتی بیمار از آن استفاده می‌شده است. از این کاغذ‌ها حتی برای سنجش میزان آلایندگی محیط هم می‌توان استفاده کرد. بسیاری از این دستگا‌ها با توجه به تغییر رنگ، نتیجه را اعلام می‌کنند اما معمولا حساسیت بالایی ندارند. برای بالا بردن حساسیت بیوسنسورها، نیاز به یک منبع تغذیه انرژی است. دکتر Choi و تیم‌اش می‌خواستند یک باتری بسیار ارزان و کاغذی بسازند که با باکتری کار می‌کند و می‌تواند به سادگی به کمک دیگر بیوسنسورها بیاید و در واقع حساست آن‌ها را بالا ببرد.     


                  

آن‌ها برای ساخت چنین باتری در دانشگاه Binghamton در نیویورک، از پرینت سه بعدی لایه‌های فلز روی کاغذ استفاده کردند. سپس آنها Exoelectrogens فریز شده و خشک را روی کاغذ گذاشتند. Exoelectrogens درواقع یک نوع خاص از باکتری‌ها هستند که می‌توانند الکترون‌ها را به خارج از سلول‌های خودشان منتقل کنند. این الکترون‌ها زمانی ساخته می‌شوند که باکتری‌ها برای خودشان انرژی تولید می‌کنند و سپس همین الکترون‌ها به غشا سلولی منتقل می‌شوند. سپس الکترون‌ها می‌توانند با الکترودهای خارجی ارتباط برقرار کنند و باتری را شارژ کنند. برای فعال کردن باتری، محققین پروژه، به این باتری آب یا بزاق اضافه کردند. بعد از یکی دو دقیقه، مایع اضافه شده باعث احیا شدن باکتری می‌شود که در نتیجه دوباره الکترون‌های کافی برای نیرو دادن به یک ماشین حساب و چراغ کوچک دیود فراهم می‌شد.

محققین این پروژه همچنین بررسی کردند که اکسیژن چطور روی عملکرد این باتری‌ها تاثیر گذار خوهد بود. درواقع اکسیژن موجود در هوا به سادگی از سطح کاغذی این باتری می‌گدرند و می‌توانند مانع از انتقال الکترون‌های تولید شده به الکترود بشوند. درواقع تیم تولید کننده باتری متوجه شد که میزان انرژی تولید شده توسط باتری به دلیل تماس اکسیژن با باتری، کمی کمتر می‌شود اما این تاثیر آنقدرها هم زیاد نیست. دلیل کم بودن تاثیر اکسیژن در کم شدن انرژی تولید شده این بود که سلول‌های باکتری با فاصله بسیار بسیار کمی به کاغذ وصل شده‌اند و این یعنی الکترون‌ها به سرعت به آند می‌رسیدند و اکسیژن نمی‌توانست تاثیر زیادی روی این فرآیند داشته باشد.

باتری‌های کاغذی را می‌توان پس از پایان عمرشان دور انداخت. در حال حاضر عمر مفید این باتری‌ها، حدود ۴ ماه خواهدبود. دکتر Choi اعلام کرده آن‌ها به دنبال راهی هستند تا بتوانند عمر مفید این باتری‌ها را با افزایش کیفیت تولید باکتری‌های فریز شده، افزایش دهند. وی در همین زمینه گفته: «عملکرد این باتری‌ها باید تا حدود هزار بار استفاده بیشتر شود». به گفته Choi این کار می‌تواند با روی هم گذاشتن و متصل کردن چند باتری کاغذی به یکدیگر به دست بیاید. همچنین در نهایت دکتر Choi تمام این تکنولوژی را پتنت کرده و به دنبال شریک تجاری برای ساخت انبوه این باتری‌ها می‌گردد.