في عصر الثورة التكنولوجية ، ينتج البشر كميات هائلة من الإلكترونيات التي ستصبح في يوم من الأيام نفايات حتمًا ، حيث تعني النفايات أي شيء يتم إعادة تدويره أو تجديده أو إعادة استخدامه أو بيعه بالإضافة إلى ما يتم التخلص منه كنفايات.
تدور أزمة المخلفات الإلكترونية حول حقيقة أنها غير قابلة للتحلل البيولوجي وصديقة للبيئة ، مما يهدد صحة الإنسان والسلامة البيئية إذا تم التخلص منها بشكل غير صحيح ، خاصة إذا علمنا أن العالم ينتج حوالي 50 منها. تدفع ملايين الأطنان من النفايات الإلكترونية سنويًا العلماء للبحث عن طرق مبتكرة لمواجهة هذا الخطر.
في إحدى هذه المبادرات ، نجحت مجموعة من الباحثين من المختبرات الفدرالية السويسرية لعلوم وتكنولوجيا المواد في إنشاء بطارية ورقية صديقة للبيئة وقابلة للتحلل الحيوي مصنوعة من مواد مستدامة ، بتكلفة منخفضة للتصنيع وقابلة للتصنيع أيضًا. العديد من الأشكال والأحجام حسب الطلب.
“تعتمد البطارية على خلية كهروكيميائية ذات قطبين كهربائيين معدنيين وهوائي ، وتستخدم محلولًا مائيًا ، بالإضافة إلى الزنك باعتباره الأنود – معدن قابل للتحلل – الجرافيت ككاثود وورقة تفصل بين الأقطاب الكهربائية.” يقول الباحثون إنها “بطارية ورقية مطبوعة تم تطويرها لتشغيل الأجهزة الإلكترونية التي تستخدم لمرة واحدة لتقليل تأثيرها على البيئة.”
البطارية مصنوعة من ورق مشرب بملح كلوريد الصوديوم ، وحجمها أقل من سنتيمتر مربع واحد ، وهي مطبوعة ؛ يحتوي أحد الحبر على رقائق الجرافيت ككاثود (طرف موجب) ، بينما يحتوي الحبر الآخر على الجانب الآخر من الورق على غبار الزنك باعتباره الأنود (الطرف السالب).
حبر ثالث ، يتكون من رقائق الجرافيت والأسود الكربوني ، مطبوع على جانبي الأحبار الأخرى التي تربط الموجب والسالب بسلكين ، ويتم تثبيت السلكين بعد تثبيتهما على أحد طرفي الورقة. مغموسة في الشمع.
مطلوب كمية قليلة من الماء لا تزيد عن قطرتين لتنشيط البطارية ، حيث يؤدي ذلك إلى انحلال الأملاح في الورق ثم إطلاق الأيونات المشحونة التي تنشط البطارية أثناء توصيلها والدائرة الكهربائية. مغلق عن طريق توصيل الأسلاك. ينتقل الجهاز الكهربائي والإلكترونات من الأطراف السلبية إلى الجوانب الإيجابية.
كتب الباحثون في ورقتهم “صنعنا بطارية ذات خليتين واستخدمناها لتشغيل ساعة منبه وشاشة LCD”. تحتوي هذه التقنية على الكثير من الإمكانات لأجهزة الاستشعار وأجهزة التتبع منخفضة الطاقة.
عند جهد ثابت يبلغ 1.2 فولت ، تكون البطارية الورقية قريبة من مستوى بطارية قلوية 1.5 فولت (AA) ، ووفقًا لتجارب الفريق ، تبدأ البطارية في إنتاج الطاقة بعد حوالي 20 ثانية من إضافة الماء.
كتب الباحثون في ورقتهم البحثية: “يوضح هذا العرض أنه على الرغم من أن السعة محدودة مقارنة بالتقنيات القياسية ، إلا أن بطاريتنا لا تزال مناسبة لمجموعة متنوعة من الأجهزة الإلكترونية منخفضة الطاقة وأنظمة إنترنت الأشياء (IoT)”.
تنخفض كفاءة البطارية مع جفاف الورق وبمرور الوقت ، ولكن يمكن شحنها بمزيد من الماء ومع الماء الزائد ، لا تزال البطارية تنتج 0.5 فولت بعد ساعتين من تنشيطها لأول مرة.
ويشير إلى أن هذا العمل هو إلى حد كبير نوع “إثبات المبدأ” ، وأن البطارية الموصوفة في الورقة ليست معقدة للغاية في التصنيع ، وأن الباحثين يقولون إنهم يريدون تحسين كفاءة البطارية وجعلها طويلة. -دوم في المستقبل. طويل.
خلص الباحثون في دراستهم إلى أنه “مع زيادة الوعي بمشكلة النفايات الإلكترونية وظهور الإلكترونيات التي تستخدم لمرة واحدة لتطبيقات مثل الاستشعار البيئي ومراقبة الأغذية ، هناك حاجة متزايدة للبطاريات ذات التأثير البيئي المنخفض”.