Papirbatteri aktiveres med to vanddråber

Et forskerteam på det schweiziske Empa har udviklet et engangsbatteri af papir, der aktiveres med få dråber vand. Batteriet er, ifølge virksomheden, et mere miljøvenligt alternativ til brug i en række elektroniske engangsapparater, der kun kræver små mængder strøm, f.eks. sporingsmærkater, miljøsensorer og diagnosticeringsapparater til medicinalindustrien.

EMPA fortæller i en pressemeddelelse, at batteriet består af minimum én celle på en kvadratcentimeter og består af tre forskellige slags ”blæk”, der er trykt på et rektangulært stykke papir. Salt fordeles gennem hele papiret, og en af de korte ender dyppes i voks.

På den ene side af papiret trykker man med grafitflager, som udgør den positive ende af batteriet (katoden). På den anden side af papiret trykker man med zinkpulver, som udgør den negative ende af batteriet (anoden). På begge sider, ovenpå de to lag, der allerede er trykt, trykker man endnu et lag med grafitflager og sort kulstof, der forbinder den positive og den negative ende af batteriet til to ledninger, som sættes i hver ende af papiret, der er dyppet i voks.

Saltet opløses

Når man tilsætter bare en lille mængde vand, opløses saltet i papiret, og der frigives joner, som gør elektrolytten ledende. Når jonerne spreder sig igennem papiret, aktiverer de batteriet, hvilket får zinken i anoden til at oxidere. Det frigør elektronerne fra anoden, som via grafit- og kulstof-blækket, ledningen og apparatet overføres til grafit-katoden, hvor de overføres til – og derfor mindsker – oxygen i luften. Reduktionen og oxideringen skaber en elektrisk strøm, som kan bruges til et eksternt elapparat.

Ved at kombinere to celler til et batteri genererede forskerne strøm nok til et vækkeur med LCD-display.

Et batteri med én celle kunne aktiveres på 20 sekunder med to dråber vand. Når det ikke var tilsluttet et elapparat, kom det op på en stabil spænding på 1,2 volt. Et almindeligt AA-batteri er på 1,5 volt.

Efter en time mistede batteriet meget af sin kraft, fordi papiret tørrede ud, men ved tilsætning af to dråber vand mere, holdt batteriet en stabil spænding på 0,5 volt i en time mere.

Miljøvenligt alternativ til nuværende batterier

Papir og zink er bionedbrydeligt, og det gør ifølge forskerne batteriet i stand til at mindske miljøbelastningen fra engangs-elapparater, der kun bruger meget lidt strøm.

»Det særlige ved vores batteri er, at i modsætning til mange metal-luft-batterier, hvor man bruger metalfolie, der gradvist opbruges, efterhånden som batteriet bruges, så kan man med vores design nøjes med at bruge præcis den mængde zink, der er behov for til den pågældende anvendelse,« siger forsker Gustav Nyström.

Metalfolie er vanskeligere at kontrollere og bruges ikke altid helt, hvilket fører til spild. Levetiden på det nye batteri kan øges ved at tilsætte mere zink i blækket, siger Gustav Nyström.

En svaghed ved, at batteriet aktiveres med vand, er at det tager tid, før batteriet tørrer ud.

”Men jeg er sikker på, at det kan designes anderledes, så man undgår det problem,” siger han.

Formålet med det nye vand-aktiverede batteri var at kunne fremstille batterier, der var fuldt opladet og kun afgiver strøm efter det fik tilført en ydre stimulering – her blot et par dråber vand.