Loại pin do Gustav Nyström và nhóm của ông nghĩ ra, được làm từ ít nhất một ô có kích thước một centimet vuông và bao gồm ba loại mực được in trên một dải giấy hình chữ nhật.
Muối, trong trường hợp này đơn giản là natri clorua hoặc muối ăn, được phân tán khắp dải giấy và một trong các đầu ngắn hơn của nó đã được nhúng vào sáp.
>> Tham khảo: Giữ điện giá cả phải chăng trên đường cao tốc sạc không dây.
Một loại mực có chứa các mảnh than chì, đóng vai trò là cực dương của pin (cực âm), được in lên một trong các mặt phẳng của tờ giấy trong khi một loại mực chứa bột kẽm, đóng vai trò là cực âm của pin (cực dương). ), được in trên mặt sau của tờ giấy.
Tuy nhiên, một loại mực khác có chứa các mảnh than chì và muội than được in trên cả hai mặt của tờ giấy, bên trên hai loại mực còn lại.
Loại mực này tạo thành các bộ thu dòng điện kết nối các cực dương và cực âm của pin với hai dây, được đặt ở đầu giấy nhúng sáp.
Khi thêm một lượng nước nhỏ, muối trong giấy sẽ hòa tan và các ion tích điện được giải phóng, do đó làm cho chất điện phân dẫn điện ion.
Các ion này kích hoạt pin bằng cách phân tán qua giấy, dẫn đến kẽm trong mực ở cực dương bị oxy hóa do đó giải phóng các electron.
>> Tham khảo: Cửa hàng hydro một cửa: Giảm chi phí của một nhà cung cấp năng lượng trong tương lai.
Bằng cách đóng mạch (bên ngoài), các electron này sau đó có thể được chuyển từ cực dương chứa kẽm — qua mực chứa than chì và muội than, dây dẫn và thiết bị — tới cực âm than chì nơi chúng được chuyển tới — và do đó làm giảm — oxy từ không khí xung quanh.
Do đó, các phản ứng oxi hóa khử này (khử và oxi hóa) tạo ra dòng điện có thể được sử dụng để cấp nguồn cho thiết bị điện bên ngoài.
Bằng chứng về khái niệm: nguồn năng lượng bền vững cho thiết bị điện tử công suất thấp
Để chứng minh khả năng chạy các thiết bị điện tử năng lượng thấp của pin, nhóm của Nyström đã kết hợp hai tế bào thành một pin để tăng điện áp hoạt động và sử dụng nó để cấp nguồn cho đồng hồ báo thức có màn hình tinh thể lỏng.
Phân tích hiệu suất của pin một ngăn cho thấy sau khi thêm hai giọt nước vào, pin sẽ kích hoạt trong vòng 20 giây và khi không kết nối với thiết bị tiêu thụ năng lượng, pin sẽ đạt mức điện áp ổn định là 1,2 vôn. Điện áp của pin kiềm AA tiêu chuẩn là 1,5 vôn.
Sau một giờ, hiệu suất của pin một cell giảm đáng kể do giấy bị khô. Tuy nhiên, sau khi các nhà nghiên cứu nhỏ thêm hai giọt nước, pin duy trì điện áp hoạt động ổn định 0,5 vôn trong hơn một giờ nữa.
Các nhà nghiên cứu đề xuất rằng khả năng phân hủy sinh học của giấy và kẽm có thể cho phép pin của họ giảm thiểu tác động môi trường của các thiết bị điện tử dùng một lần, công suất thấp.
“Điều đặc biệt về loại pin mới của chúng tôi là, trái ngược với nhiều loại pin không khí kim loại sử dụng một lá kim loại bị tiêu hao dần khi pin cạn kiệt, thiết kế của chúng tôi chỉ cho phép thêm lượng kẽm vào mực thực sự cần thiết cho các mục đích cụ thể. ứng dụng,” Nyström nói.
>> Tham khảo: Vật liệu đơn giản này có thể lọc khí carbon dioxide từ ống khói nhà máy điện.
Các lá kim loại khó kiểm soát hơn và không phải lúc nào cũng được tiêu thụ hết dẫn đến lãng phí nguyên liệu. Vì vậy mực chứa càng nhiều kẽm thì pin hoạt động càng lâu.
Nyström cho biết thêm, một điểm quan trọng hơn trong thiết kế hiện tại của pin có kích hoạt bằng nước là thời gian cần thiết để pin cạn kiệt.
“Nhưng tôi chắc chắn rằng điều này có thể được thiết kế theo cách khác để giải quyết vấn đề này.” Tuy nhiên, đối với các ứng dụng cảm biến môi trường ở độ ẩm nhất định hoặc trong môi trường ẩm ướt, việc làm khô giấy sẽ không thành vấn đề.
Hai công nghệ bổ sung
Trước đây, nhóm của Nyström đã phát triển một siêu tụ điện có thể phân hủy trên giấy, có thể sạc và xả hàng nghìn lần mà không làm giảm hiệu suất.
So với pin có cùng trọng lượng, siêu tụ điện có mật độ năng lượng thấp hơn khoảng 10 lần — đồng thời có mật độ năng lượng lớn hơn khoảng 10 đến 100 lần.
Do đó, siêu tụ điện có thể được sạc và xả nhanh hơn nhiều. Chúng cũng có thể chịu được nhiều chu kỳ sạc và xả hơn. “Vì vậy, hai thiết bị thực sự bổ sung cho nhau,” Nyström nói.
>> Tham khảo: Các nhà nghiên cứu chế tạo men vi sinh để sản xuất beta-carotene.
Ý tưởng đằng sau loại pin kích hoạt bằng nước mới là có thể sản xuất các thiết bị được sạc đầy và chỉ giải phóng năng lượng này sau khi kích hoạt một tác nhân kích thích, trong trường hợp này chỉ đơn giản là một giọt nước.
