新型纸电池：竟然是由细菌提供能量！
导读
纸电子，是最近刚刚兴起的一项前沿创新技术。然而，宾汉姆顿大学和纽约州立大学研究人员，设计了一种存在于一张纸上，由细菌提供能量的电池。今天，John一边带大家走近纸电子技术，一边了解这项创新发明。
（图片来源于：Seokheun）
先从纸电子说起
纸张，是我们生活中十分熟悉的事物，从纸币到纸巾再到书本，都不开纸。造纸术是中国四大发明之一，纸是中国古代劳动人民的智慧结晶，人类文明史上的一项杰出的发明创造。
然而，纸张和电子又会有什么联系呢？
目前，很多电子设备正在摆脱过去僵硬笨重的形象，走向柔性、可折叠、轻量、生物可降解的新形态。然而，纸张正好具备了这些特性，而且也是一种可再生的资源。同时，根据制造工艺的不同，纸张可以又有一些列特性，例如可以亲水或疏水，多孔或水密，不透明的或几乎透明等等。
纸张材料和电子相结合，就产生了纸电子产品。纸电子，可以做到十分廉价。纸张本来就很便宜，成本相对于塑料薄膜、硅等材料来说都很便宜。纸材料在电子领域应用广泛，例如电子纸（一种纸张上的显示设备），除此之外还有传感器、生物分析、射频天线、电池、电路板或者智能包装标签的基板。在未来几年，我们还有望在消费电子领域，看到基于纸张技术的电子小产品。
下面举几个例子说明纸电子的相关应用（有图有真相）：
晶体管：柔性纸基板上的晶体管，使用有机或者无机半导体通道。这个示意图展示了制造一个有机开关的方法。
（图片来源于：Emily Cooper）
纸张可以用于显示设备，反射入射光线，或者发出自己的光线。一种进行显示的方法就是改变液体像素的表面张力。
（图片来源于: Duk-Young Kim/Andrew J. Steckl/辛辛那提大学）
有机发光二极管也可以在纸张基板上构造，使得显示器发光。
（图片来源于: Jin-Young Kim/成均馆大学）
输送液体: 这些基础的微流体传感器，位于滤纸上。直接通道导致原型传感器区域在二氧化氮下而变红。
（图片来源于: Xu Li/Wei Shen/莫纳什大学）
纸电源: 位于纸基质上的柔性、可折叠的太阳能阵列，使用汽相淀积法。这些太阳能阵列结合了五层，使用有机光伏材料，将光线转化为电力。
（图片来源于: Patrick Gillooly/麻省理工学院）
这项新发明和纸电子技术
这项新发明的领头人，是托马斯·沃森工程和应用科学学院，电气和计算机工程系的助理教授 Seokheun "Sean" Choi，他同时也是宾汉姆顿大学生物电子和微系统实验室的主任。
这项研究结合了生物技术和纸电子技术，能够给一次性电子设备供电，它减少了制造的时间和成本，同时彻底改变了生物电池的用途，让它可在远程、危险和资源受限的区域作为电源使用。
对于电子纸技术，研究的领头人Choi 教授这么说：
“Papertronics(纸电子)，最近刚刚兴起，它是一种简单且低成本的方式，为一次性医疗检验传感器供电。这种独立的、自我维持的、纸基的检验设备，能够在资源受限的环境中，提供有效的救生治疗。”
这种纸电池的制造方法和原理
Choi 和博士生 Yang Gao，在半张色层分析纸上，将呈带状的硝酸银放置在一层薄薄的蜡下面，制造出正极。他们两人随后设计了一个位于半张纸上的由导电聚合物组成的容器，作为负极，然后将纸折叠后，添加几滴充满细菌的液体，细菌细胞通过呼吸作用给电池供电。
Choi 说：
“设备分为几层，由正极、负极、PEM（质子交换膜）组成，最终，电池需要手工集成，会存在潜在的问题例如纸层的错位和几层之间的垂直不连续性，最终会降低发电量。”
不同的折叠和堆叠方法，可以显著提高能量和电流输出。科学家通过让六个电池三行排列能够产生31.51毫瓦的电压和125.53微安的电流，以及通过六个电池六行排列的能够产生44.85毫瓦的电压和105.89微安的电流。
细菌纸电池的用途
点亮一盏40瓦的灯泡，可能需要几百万张纸电池。但是，在战场或者灾害环境下，可用性和便携性是最重要的。另外，这些纸电池产生的能量足以为生物传感器供电，这些生物传感器可用于监测糖尿病人的血糖级别，体内的病原体或者提供其他救生功能。还有就是，这种微生物电池还可以起到净化环境的作用，因为微生物可以分解污染物。
Choi 说：
“在许多柔性和综合的纸基电池中间，纸基微生物燃料电池技术，目前尚不发达。我们对此感到兴奋，因为微生物可从任何形式的可降解源获取能量，例如污水。我们相信这种类型的纸基生物电池可以成为未来纸电子的能量源。”
研究的发表和相关研究
（图片来源于：Seokheun）
这项创新，是Choi 关于纸电池开发的最新进展。他的团队于2015年开发了纸电池原型，这是一种可折叠的电池，就像纸板火柴一样。今年早些时候，他们的设计受到了忍者飞镖的启发。
目前这项研究在《先进材料技术》杂志上在线发表，将在2017年1月22日到26日拉斯维加斯召开的IEEE MEMS会议上发表。
参考资料
【1】http://www.binghamton.edu/mpr/news-releases/index.html?id=2467
【2】Yang Gao, Seokheun Choi. Stepping Toward Self-Powered Papertronics: Integrating Biobatteries into a Single Sheet of Paper. Advanced Materials Technologies, 2016; 1600194 DOI:
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