辦公用紙突然之間有了別的用途！是的，這新的用途與電子產(chǎn)品和電池相關(guān)。

可為從可攝入的醫(yī)療保健設(shè)備到智能交通傳感器的各種設(shè)備提供動力的微型電子產(chǎn)品和電池的爆炸式增長，正在驅(qū)動著這些設(shè)備的設(shè)計創(chuàng)新，并引發(fā)了對它們的環(huán)境影響的擔憂。

據(jù)估計，在未來五年內(nèi)可能會部署超過500億個電子設(shè)備。其中很多電子設(shè)備的使用壽命很短，它們的快速淘汰會帶來廢棄物處理問題。

研究人員把目光轉(zhuǎn)向了紙電池。紙電池為電子工程師們提供的好處很多，包括靈活性、可持續(xù)性、生態(tài)友好性、低成本以及有用的機械、絕緣及和流體特性等。

紐約州立大學賓厄姆頓分校電氣與計算機工程系副教授SeokheunChoi及其同事發(fā)明了一種一次性紙電池，它依靠細菌來產(chǎn)生電流及在電池的使用壽命結(jié)束時將電池吞食掉。

在發(fā)表在AdvancedSustainableSystems期刊上的一篇論文中，作者寫道，鋰離子電池和超級電容器具有高能量密度，它們重量輕，能夠集成到柔性基板中。但同時也指出，鋰離子電池是用不可生物降解的、往往有毒的材料制成的，這些材料往往需要以能源密集且可能對環(huán)境造成破壞的制造工藝制造。

諸如太陽能電池、納米發(fā)電機和熱電發(fā)電機等替代性能源收集技術(shù)包含大量不可再生的和不可生物降解的重金屬和聚合物。

Choi認為，一旦使用上一些復雜的工程技術(shù)，古老的辦公用紙可能會為我們提供一個更具可持續(xù)性的選擇。

創(chuàng)新的工程技術(shù)可用于控制紙張纖維素纖維的直徑，降低粗糙度和控制透明度，從而實現(xiàn)多種應用。將紙張與有機、無機和生物實體相結(jié)合，拓寬了工程可能性的范圍，使紙張成為下一代電子產(chǎn)品的可行平臺。

Choi的工作所獲得的資助部分來自美國國家科學基金會（資助額度為30萬美元），這部分資金主要用于研究如何將細菌整合到紙張中，以發(fā)電和對電池進行降解。Choi最初的工作于2015年被首次報道，那時就發(fā)明出了紙質(zhì)電池。在他最近的報告（發(fā)表在8月19日在美國化學學會第256屆全國會議和博覽會上）中，介紹了如何激活生物電池以及如何延長其保存期限。他的報告還解釋了在即使沒有電力為發(fā)光二極管和電子計算器供電的地方如何按需提供能源。

在實驗室中，基于細菌的電池通過細菌的呼吸將存儲在有機物質(zhì)中的生化能量轉(zhuǎn)換為生物能量。該過程涉及借助電子——載體生物分子系統(tǒng)的級聯(lián)反應，將電子轉(zhuǎn)移至末端電子受體（即陽極）。

為了制造電池，研究小組將冷凍干燥的“產(chǎn)電菌群”放在紙上。他們解釋說，產(chǎn)電菌群是一種可以將電子轉(zhuǎn)移到細胞外的細菌。電子穿過細胞膜并與外部電極接觸以為電池供電。

為了激活電池，研究人員添加了水或唾液，兩者都能使細菌恢復活力。在實驗室中，微生物電池產(chǎn)生的最大功率為4μW/cm2，電流密度為26μA/cm2，Choi稱這比以前的紙質(zhì)微生物電池的功能性能“明顯更高”。即便如此，這樣的功率性能還是“非常低”，限制了它們的應用，至少目前是如此。Choi表示，為了商業(yè)化使用，功率/電流密度必須提高約1,000倍。

“使用紙張作為設(shè)備基板的美妙之處在于，您可以簡單地將它們堆疊或折疊以進行串行或并行連接”，Choi說。折紙技術(shù)可能特別有用。

作為他2015年早期作品的一部分，Choi創(chuàng)造了一款折紙式電池，這款電池可以折疊成一個與火柴盒大小相當?shù)恼叫巍Ｋ褂昧艘粋€吸氣陰極，用鎳噴在一張辦公用紙的一面。該設(shè)備的總成本為5美分。

紙電池目前的保質(zhì)期約為四個月。Choi說，他最新的混合型紙——聚合物生物電池很容易在水中分解。

Choi和他的同事并不是唯一一個研究紙質(zhì)電池的人。2017年，來自西班牙、加拿大和美國的研究人員介紹了一種可便攜式一次性應用的無金屬的和可生物降解的氧化還原液流電池。在纖維素基電池運行100分鐘后，它被微生物一類似于后院堆肥堆的工作方式在土壤中處理掉。Choi說，這種方法的潛在缺點是電池的生物降解性取決于有利的垃圾填埋條件。

Choi致力于改善凍干細菌的生存和產(chǎn)能，延長保質(zhì)期。他還申請了電池專利，并正在尋求商業(yè)上的合作伙伴。