图片来源：Seokheun Choi
突然之间，办公室纸张吸引了人们的注意。嗯，至少从电子设备和电池的角度来说。
电子设备和电池越做越轻薄，可以给从可吸收医疗设备到智能运输传感器的电子设备供电。虽然在这股热潮下，创新的设备设计层出不穷，但这同时也引发了一些对环境问题的担忧。
据估计，未来五年将会有超过500亿电子设备投入使用。其中许多设备的工作寿命并不长，它们快速的更迭给后期处理带来了不少问题。
纸质设备对于电子工程师来说具有灵活，持久，经济和廉价的优点，又有实用的机械，绝缘和流体特性。
Seokheun Choi是纽约州立大学宾厄姆顿分校电子计算机工程学院副教授，他和同事一起研发了一款纸基的一次性细菌电池，细菌在发完电后，还会负责把剩下的电池给吃掉。
在Advanced Sustainable Systems发表的一片论文中，作者写道，锂离子电池和超级电容器能达到一个较高的储电能量密度，既轻便，又容易加成到柔韧的基片上。但同时他们又指出，锂离子电池通常由非生物降解的有毒材料制成，其制作过程耗能高，且可能污染环境。
而另一些采能技术，如太阳能电池，纳米发电机和温差发电，其产品都包含了大量不可再生，非生物降解的重金属和高分子聚合物。
Choi称，通过一些复杂的工程处理，传统的办公室纸张可能有更强的可持续性。
创新工程技术可以调整纸纤维的直径，柔顺纤维表层，控制纸的透明度，从而实现各种功能的应用。纸基电池集有机，无机和生物的特性于一体，这扩展了工程应用的范围，使纸张成为下一代电子设备的可行平台。
Choi的工作重点在于把细菌集成到纸张上，使它既能发电，又能在电池过期后处理掉电池。
国家科学基金会（National Science Foundation）给Choi的工作赞助了300,000美元。他的工作重点在于把细菌集成到纸张上，使它既能发电，又能在电池过期后处理掉电池。他最初的工作成果于2015年发布，是一款以纸张为基础的电池。8月19日在第256届美国化学学会全国会议暨展览会上，他发表了最近的工作，描述了激活生物电池和延长其保存期限的方法，以及如何把能量传输到电能极其匮乏，连发光二极管和电子计算器都没法充电的地区。
在实验室里，细菌电池利用呼吸作用把储存在有机物中的生物化学能转化为生物质能。这个过程包含了一系列反应，在携带电子的生物分子系统下，把电子运送到电子接收端，即电池的负极。
要生产这样一块电池，研究小组把冻干的“产电菌群”放置在纸上。根据研究者的解释，产电菌群是一种能传输细胞外电子的细菌。电子经过细胞膜，再和外电极接触，给电池充电。
为了活化电池，研究人员加入了水或唾液，这两者都能使细菌复苏。在实验室里，微生物电池最大能提供4 μW/cm2的功率以及26 μA/cm2的电流密度。Choi说，这比以往的纸基微生物电池要高效许多。但即便如此，电池的总功率还是很低，这使它们的应用受到限制，至少目前为止是这样的。Choi说，为了使之能够商业化，功率/电流密度必须得再升三个数量级。
“用纸做基物妙就妙在能够随意折叠，轻松串联或并联，”Choi说。折纸技巧在这里可能会有用武之地。
在2015年，受到折纸的启发，Choi做了火柴盒大小的纸折电池。电池的正极由一面喷有镍的纸片构成，并有透气作用。而整个设备仅耗费5美分。
现有的纸质电池大概只有四个月的保质期。Choi说他最新做出的纸-聚合物混合生物电池遇水即分解。
Choi和他的同事并不是唯一一个研究纸基电池的团队。在2017年，西班牙，加拿大和美国的研究人员提出了一款无金属的生物降解氧化还原液流电池，它便于携带，但是一次性的。在纤维素电池工作了100分钟后，它在土壤中被微生物降解，就好像在后院堆的肥那样。Choi说这种方法的缺点是，这种电池的生物降解能力取决于填埋地的状况。
Choi正在研究提高冻干细菌发电能力和生存能力的条件，延长电池的保存期限。同时，他还在申请该电池的专利，并寻找商业合作伙伴。
作者：David Wagman
翻译：费哲妮
审校：刘博尧
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