(图源:sciencedaily)
在世界偏远地区或资源有限的地区,像插座和电池这样的日常用品都是奢侈品。
这些地区的卫生保健工作者经常缺乏电力供应诊断设备,商业电池可能无法使用或过于昂贵。
他们需要低成本、便携的新能源。
近日,研究人员研发了一种新型电池——由纸制成,以细菌为燃料——可以克服这些挑战。
研究人员将在第256届美国化学学会(ACS)全国大会上公布他们的研究成果。“作为生物传感器的材料,纸张具有独特的优势,”Seokheun (Sean) Choi博士说。
“它价格便宜,可一次性使用,柔韧性好,表面积大。然而,复杂的传感器需要电源。商用电池既浪费又昂贵,而且无法集成到纸基中。最好的解决方案是纸基生物电池。”
研究人员此前已经开发出了一种基于纸张的一次性生物传感器,用于廉价方便地诊断疾病和健康状况,以及检测环境中的污染物。
许多这样的设备依靠颜色变化来报告结果,但它们通常不是很敏感。
为了提高灵敏度,生物传感器需要电源。
Choi希望开发一种便宜的由细菌驱动的纸电池,这种电池可以很容易地整合到这些一次性设备中。
因此,Choi和他在纽约州立大学宾罕顿分校的同事们,通过在纸表面印刷薄层金属和其他材料制成了一个纸电池。
然后,他们把冻干的“外产电菌”(exoelectrogens)放在纸上。外产电菌是一种特殊的细菌,可以将电子转移到细胞外。
当细菌为自己制造能量时产生的电子会通过细胞膜。然后它们可以与外部电极接触并为电池供电。
为了激活电池,研究人员添加了水或唾液。在几分钟内,这种液体就恢复了细菌的活力,产生的电子足以为一个发光二极管和一个计算器提供动力。
研究人员还研究了氧气如何影响他们设备的性能。氧气很容易通过纸张,可以在细菌到达电极之前吸收细菌产生的电子。
研究小组发现,尽管氧气会略微减少发电量,但影响很小。
这是因为细菌细胞紧密地附着在纸纤维上,在氧气介入之前,纸纤维迅速地将电子转移到阳极。
这种纸电池可以一次性使用,然后扔掉,目前的保质期约为四个月。
Choi正在研究条件,以提高冻干细菌的存活率和性能,从而延长其保质期。
Choi说:“在大多数实际应用中,电力性能也需要提高大约1000倍。”他指出,这可以通过堆叠和连接多个纸电池来实现。
Choi已经申请了电池的专利,并正在寻找行业合作伙伴以进行商业化。
在报告中,研究人员感谢国家科学基金会、海军研究办公室和纽约州立大学研究基金会的支持和资助。