Просто добавь воды
Пока весь мир задыхается от токсичных отходов и придумывает, куда б их деть, швейцарские умельцы изобрели биоразлагаемую батарейку из говна и па… бумаги и графита. Для того чтобы активировать такую батарейку, её нужно намочить.
Александр Пулен, Ксавье Эби и Густав Нистрем решили использовать в качестве природного субстрата целлюлозу и природную смолу (шеллак). Они создали батарейку, которая способна за пару месяцев полностью разложиться не оставляя за собой токсичного следа. Пока ещё довольно слабую – мощностью всего 150 микроватт на квадратный сантиметр при токе 0,5 миллиампер. Однако авторы изобретения отмечают, что эти элементы можно соединять в блоки, повышая тем самым мощность. Они продемонстрировали двухкомпонентную батарею, способную питать электронный будильник с жидкокристаллическим дисплеем на протяжении нескольких часов.
Все компоненты этой батареи подобраны так, чтобы не оставлять следов после использования, а ее саму можно напечатать на обычном 3D-принтере. Основой, на которой всё располагается, стала мембрана из целлюлозы – то есть грубо говоря, бумага. Она же за счет своей способности впитывать воду обеспечивает и токопроводимость, благодаря чему батарея остаётся неактивной, пока ее не намочишь. Мембрана пропитана небольшим количеством поваренной соли, и когда на ее поверхность попадает вода (или любой водный раствор), она становится электролитом, обеспечивающим работу устройства. Благодаря этому решению получилось сделать батарею, не включающую в себя электролита изначально.
Анод изготовлен из смеси цинка, шеллака и этанола. Воздушно-цинковые гальванические элементы известны и применяются давно, однако традиционно для них используется чистый однородный цинк, который применяется и для изготовления клемм. При этом значительная часть цинка остается неиспользованной, и если батарею не включают в цикл дальнейшей переработки, это оказывается нерациональным и вредным для окружающей среды решением. В этом же устройстве минимально необходимое количество цинка в виде порошка смешивается с шеллаком и после окисления полностью расходуется. Таким образом цинк функционирует лишь в качестве активного компонента анода и не оставляет после себя следов.
В катоде изобретатели вообще сумели обойтись без металлов. Он состоит из смеси графита, шеллака и этанола. После высыхания эта смесь приобретает пористую воздухопроницаемую структуру, улучшающую реакцию восстановления кислорода. Похожий состав и у клемм, в которые помимо графитовых хлопьев, шеллака и этанола добавлен активированный уголь для повышения электропроводности и прочности. Обычно их делают из меди или алюминия, однако в случае одноразовой электроники это напрасная трата ценных ресурсов. Угольно-графитовые клеммы обеспечивают достаточно прочное крепление к внешнему контуру, не растворяются в электролите и после разложения оставляют за собой только небольшое количество угольной пыли.
Соединяются эти компоненты послойно. Бумажная подложка зажата между катодом и клеммой с одной стороны и цинковым анодом и его клеммой – с другой. Подложка выходит за пределы активной зоны примерно на один сантиметр. Этот сантиметр опускают в воду и примерно за 20 секунд вода пропитывает батарею, активируя ее. Области клемм пропитаны смесью воска и рапсового масла в равных долях – для того, чтобы чтобы избежать нежелательных электрохимических реакций с соединительными проводами. В случае изготовления двухкомпонентной батареи элементы тоже разделяются восковой пропиткой.
Эксперименты, проведённые швейцарцами, показывают, что такая батарея (двухкомпонентная) может работать несколько часов, и основная проблема ее использования заключается в том, что для регулярной работы батарею нужно постоянно смачивать. Для активации достаточно всего 100 мг воды, то есть буквально пара капель. Однако эта пара капель и высыхает быстро. Изобретатели ищут способы продлить срок беспрерывной работы, однако пока самым реалистичным решением видится только увеличение толщины бумажного слоя.
