新加坡南洋理工大學的科學家團隊開發了薄如紙張的可生物降解鋅電池，有朝一日能夠成爲一種可持續選擇，以支持可調節、可穿戴電子設備的供電系統。
電池功能創新
近日，NTU研究團隊開發的鋅電池有望在未來能夠被更快速地降解，並且只有纖維素紙張的厚度，一旦電池完全耗盡，它可以被埋在土壤中，在一個月內完全分解。
在科學雜志《Advanced Science》裏描述的概念驗證實驗中，NTU科學家團隊展示了4x 4平方厘米的印刷紙電池是如何爲小型電風扇供電至少45分鍾。
左起：Li Jia博士, Lee Seok Woo助理教授
Fan Hongjin教授，Yang Peihua教授
圖源：NTU
即使彎曲電池也不會中斷電源，在另一個使用該電池爲LED供電的實驗中，盡管切割掉了紙質電池的一部分，但LED燈仍然亮著，這表明切割並不會影響電池的使用功能。
NTU物理與數學科學學院的Fan Hongjin教授表示：”傳統電池有各種型號和尺寸，選擇起來相對繁瑣，我們的研究展示了一種更簡單、更便宜的制造電池的方法，並且電池可以切割成所需的形狀和尺寸，也不會損失其效率。
環保又耐用的設計
NTU的科學家們爲電池采用了”三明治設計”：電極就像兩個面包片，印在上面的纖維素紙就像三明治的餡料。制造過程先從用水凝膠強化纖維素紙開始，以填補纖維素中天然存在的間隙。
電池內部設計 圖源：已發表文章
如此一來便形成了一個密致的分離器，有效地防止了電極的混合，電極然後被配制成”電極油墨”，在陰極和陽極之間添加的隔膜會産生屏障並防止電極接觸，同時允許電荷在它們之間自由流動，避免短路。
此外，該電池還可以集成到柔性電子産品中，例如已經上市的可折疊智能手機，或者用于幫助健康監測的生物醫學傳感器。
用于可折疊電子産品，圖源：NTU
支持可持續發展
爲了證明紙電池的生物降解性，研究人員在電池的壽命耗盡之後將其埋在NTU校園屋頂花園的土壤中。兩周後，水凝膠增強的纖維素紙開始破裂，並在一個月內完全降解。
不同時期的降解狀態，圖源：已發表文章
當分解發生時，電極材料被釋放到環境中，兩極中使用的鎳或錳將保持其氧化物或氫氧化物形式，而鋅將被自然氧化形成無毒的氫氧化物，這也表明電池具有可持續的替代品的潛力。
電池最終厚度的約爲0.4毫米，相當于兩縷人類頭發的厚度。其可生物降解的特性也將適用于電子産品中，電氣與電子工程學院的教授Lee Seok Woo表示：”它無毒而且不需要鋁或塑料外殼來封裝電池組件，這將有助于解決電子廢物問題”。
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形變不會影響使用 圖源：NTU
而免去包裝層能夠使電池在較小的系統中存儲更多的能量，以此來提高功率。該電池的研究也呼應了NTU 2025的願景和可持續發展宣言，以解決人類面臨的緊迫的重大挑戰。
以上就是關于NTU科學家團隊最新研究的可生物降解電池，希望在未來能夠投放到更廣泛的使用中，推進可持續發展研究領域的進步。感興趣的同學可以點擊“閱讀原文”查看研究論文～
參考文獻：
1. “NTU Singapore scientists develop biodegradable printed paperbatteries” NTU Media Release;
2. Paper titled ‘Printed Zinc Paper Batteries’ published in Advanced Science inNovember. https://doi.org/10.1002/advs.202103894
