تطوير بطارية ورقية قوية قابلة للتحلل

يتم تنشيطها باستخدام الماء

تعد البطارية الورقية التي تم تطويرها حديثًا والتي يتم تنشيطها بالماء ويمكن التخلص منها بإحداث تأثير كبير على الأجهزة الإلكترونية ذات الاستخدام الواحد؛ تلك الأدوات المؤقتة المستخدمة في المجالات الطبية والصناعية حيث يمكن أن تبدأ النفايات الإلكترونية في التراكم بسرعة.
البطارية التي أظهرها الباحثون قابلة للتحلل البيولوجي ومصنوعة من مواد مستدامة ورخيصة في تجميعها. علاوة على ذلك، يمكن إنتاجها بأشكال وأحجام متنوعة حسب الحاجة، وذلك حسبما نشر موقع «ساينس إليرت» العلمي المتخصص، نقلا عن بحث منشور بمجلة «Scientific Reports».
ولإعطاء فكرة عن الطاقة، كانت البطارية المكونة من خليتين المصنوعة باستخدام التكنولوجيا كافية لتشغيل منبه بشاشة LCD. على الرغم من أنه لن يتم شحن الكمبيوتر المحمول الخاص بك في أي وقت قريب، إلا أن هناك الكثير من الإمكانات لأجهزة الاستشعار وأجهزة التتبع منخفضة الطاقة.
وكتب الباحثون في ورقتهم المنشورة «نقدم بطارية ورقية مطبوعة تم تطويرها لتشغيل الأجهزة الإلكترونية التي تستخدم لمرة واحدة وتقليل تأثيرها البيئي... إذ تعتمد البطارية على خلية كهروكيميائية معدنية (هواء يستخدم الزنك كمعدن قابل للتحلل الحيوي في الأنود والغرافيت في الكاثود والورق كفاصل بين الأقطاب الكهربائية والإلكتروليت القائم على الماء)».
وفي هذا الاطار، يمكن لهذه البطارية المصنوعة من ورق كلوريد الصوديوم المنتشر بالملح قياس أقل من سنتيمتر مربع واحد (0.15 بوصة مربعة)، وتعتمد على الأحبار المطبوعة: حيث يحتوي أحد الأحبار على رقائق الغرافيت ويعمل كقطب سالب (نهاية موجبة)، بينما الآخر على الجانب الآخر من الورقة يحتوي على مسحوق الزنك ويعمل بمثابة القطب الموجب (نهاية سلبية). وحبر ثالث مكون من رقائق الغرافيت وأسود الكربون مطبوع على كلا الجانبين، وأعلى الحبرين الآخرين يربط الطرفان الموجب والسالب بسلكين. يتم إرفاقهما بأحد طرفي الورقة المغموسة في الشمع.
كل ما نحتاجه إذن هو كمية قليلة من الماء لا تزيد على قطرتين. يؤدي ذلك إلى إذابة الأملاح داخل الورقة، وإطلاق أيونات مشحونة تعمل بعد ذلك على تنشيط البطارية. ويتم إغلاق الدائرة عن طريق توصيل الأسلاك بالجهاز الكهربائي، ما يعني أنه يمكن نقل الإلكترونات من النهايات السالبة إلى الأطراف الموجبة.
وبجهد ثابت يبلغ 1.2 فولت، تكون البطارية الورقية قريبة من مستوى البطارية القلوية (AA) القياسية عند 1.5 فولت. حيث تبدأ البطارية بإنتاج الطاقة بعد حوالى 20 ثانية من إضافة الماء، وفقًا للتجارب التي أجراها الفريق.
وكتب الباحثون «يُظهر هذا العرض أنه على الرغم من كثافة الطاقة المحدودة عند مقارنتها بالتقنيات القياسية، لا تزال بطاريتنا مناسبة لمجموعة واسعة من الإلكترونيات منخفضة الطاقة والنظام البيئي لإنترنت الأشياء».
وعلى الرغم من انخفاض الأداء بمرور الوقت مع جفاف الورق، إلا أنه يمكن زيادته إلى حد ما بمزيد من الماء. ومع الماء الإضافي يمكن أن تظل البطارية تنتج 0.5 فولت بعد ساعتين من تنشيطها لأول مرة.
وتعد هذه الدراسة إثباتا للمبدأ حاليا، لكن البطارية الموصوفة في الورقة ليست معقدة للغاية في الإنتاج.
ويقول الباحثون إنهم يريدون تحسين كفاءة البطارية في المستقبل، وجعلها تعمل لفترة أطول.
وخلص الباحثون الى ان «مع تزايد الوعي بمشكلة النفايات الإلكترونية وظهور الإلكترونيات ذات الاستخدام الواحد لتطبيقات مثل الاستشعار البيئي ومراقبة الأغذية، هناك حاجة متزايدة لبطاريات ذات تأثير بيئي منخفض... هذا التحول من أرقام الجدارة التقليدية الموجهة نحو الأداء يخلق فرصًا جديدة للمواد والتصاميم غير التقليدية التي يمكن أن توفر توازنًا بين الأداء والأثر البيئي».