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办公用纸大变身!可用来制作由细菌驱动的环保“纸电池”（附图）

美国宾汉姆顿的纽约州立大学电子与计算机工程系的研究人员研发了一种一

次性的纸电池，把细菌集成到纸张中，通过细菌产生电流。

 图∣来源：SeokheunChoi

 该团队的助理教授SeokheunChoi表示，纸基电子产品有着独特的优势，它灵

活、可持续、环保、廉价，并且具有良好的机械、介电以及流体性能。

 微型电子产品和电池可为各种各样的设备提供动力，比如可摄入的医疗器件、

智能交通用传感器等。微型电子产品和电池的迅猛发展，带动着电子设备设计上的创

新，也更加注重其环保性。

 据估计，未来5年有可能增加超500亿的电子设备。飞速发展的同时也会带

来一定问题，比如由于设备寿命较短，导致大量报废电子设备的处理问题。

 有报道认为锂离子电池和超级电容器作为驱动有优势，能量密度高，轻量化，

并且能够集成在柔性衬底上。但是，锂离子电池由不可生物降解的有毒材料制成，并

且制备工艺能耗高，会对环境造成破坏。而一些替代能源收集技术，比如太阳能电

池、纳米发电机以及热电发电机，也都使用了大量不可再生的、难降解的重金属和聚

合物。

 由此而言，Choi团队研发的纸电池则具有明显的优势，在纸电池报废后，细菌

会将其“吞噬”，实现降解。

 另外，Choi表示，“利用纸作为设备衬底的好处就是可以随意堆叠/折叠，这样

能够实现串联或者并联。”

 Choi团队的工作得到了美国国家科学基金会的支持(30万美金)。早在2015

年，他们就利用自呼吸氧电极，将镍喷射在纸上,研发出了一种可以折叠成四方块的电

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池(火柴盒那么大)。该电池的总成本只有5美分。他们承认纸电池提供的电力很微

量，但是能够与细菌结合起来，利用这些无处不在的资源制作电池是一个很棒的想

法。

 最近，在美国化学会第256届年会(8月19日)上，Choi报告了生物电池如何

被激活，以及它们的保质期如何提升。

 细菌电池的原理是通过细菌的呼吸将储存在有机质中的生物化学能转化成生物

能。这个转化过程包含了一系列反应，这些反应发生在生物分子(电子载体)中。

 Choi团队研发的细菌驱动的纸电池，是在纸上放置了冻干“产电菌”。产电菌

可以将电子转移到细胞外，与外部电极接触从而提供电力。为了激活电池，他们添加

了水或者唾液。

 纸电池的最大功率可达4micro;W/cm2，电流密度可达26micro;A/cm2。

Choi表示这一结果远高于之前的纸基微生物电池。但是，即便如此，动力性能仍非常

低，限制了其应用。为了实现商业化应用，功率/电流密度至少要提高1000倍以上。

 其实，Choi团队并不是唯一在做纸基电池的研究团队。2017年，西班牙、加

拿大以及美国的研究人员纷纷报道了一种非金属的、可生物降解的氧化还原液流电

池，适用于便携的一次性应用场景。这些电池运行100分钟后，埋在土里，利用微生

物降解处理，类似于后院堆肥处理。Choi表示，这种电池的潜在劣势在于，生物降解

性需要有利的填埋处理条件。

 Choi团队的纸电池通过细菌吞噬实现降解，无需填埋，并且Choi表示他们最

新的纸-聚合物复合生物电池在水里很容易降解。

 Choi表示，利用细菌驱动的纸电池，可以将能量输送到各个地方，甚至是没有

电网的地方，为发光二极管和计算器等提供动力。