طور الباحثون بطارية ورقية تُستخدم مرة واحدة، تُنشط بالماء. تَعِدُ البطارية بإحداث تأثير كبير في الأجهزة الإلكترونية التي تُستخدم مرة واحدة، وهي الأدوات المؤقتة المستخدمة في المجالات الطبية والصناعية، إذ تبدأ نفاياتها الإلكترونية بالتراكم بسرعة.
صُنعت البطارية من مواد مستدامة ورخيصة، وهي قابلة للتحلل البيولوجي، ويمكن إنتاجها بأشكال وأحجام متنوعة حسب الحاجة.
البطارية الورقية مكونة من خليتين، يمكنها تشغيل إلكترونيات منخفضة الطاقة مثل المنبه بشاشة الكريستال السائل (LCD) كما في الصورة، ومع أنها غير كافية لشحن حاسوب محمول، فإن لديها إمكانية تشغيل أجهزة الاستشعار والتتبع منخفضة الطاقة.
كتب الباحثون: «نقدم بطارية ورقية مطبوعة، طُورت لتشغيل الأجهزة الإلكترونية المستخدمة مرة واحدة، لتقليل تأثيرها في البيئة، تعتمد البطارية على خلية كهروكيميائية معدنية- هوائية، تستخدم الزنك معدنًا قابلًا للتحلل في الأنود، والجرافيت في الكاثود، والورق فاصلًا بين القطبين، أما الإلكتروليت فيتكون أساسًا من الماء».
البطارية، المصنوعة من ورق مفوّح بملح كلوريد الصوديوم، يبلغ قياسها أقل من سنتيمتر مربع واحد، وتعتمد على الأحبار المطبوعة على الورق، إذ يحتوي أحد أنواع الحبر على رقائق الجرافيت ويعمل كاثودًا (طرف موجب)، في حين يحتوي الآخر مسحوق الزنك ويعمل أنودًا (طرف سالب).
يتكون الحبر الثالث من رقائق الجرافيت والكربون الأسود ويُطبع على كلا الجانبين، إذ يربط الطرفين الموجب والسالب بسلكين مغموسين في الشمع، مُرفقين في أحد طرفي الورقة.
يتطلب تنشيط البطارية كمية قليلة من الماء لا تزيد على قطرتين، تؤدي إلى إذابة الأملاح ضمن الورقة وإطلاق أيونات مشحونة، تنشط البطارية في أثناء انتقالها. تُغلق الدائرة إذ توصل الأسلاك بالجهاز الكهربائي، ما يعني إمكانية نقل الإلكترونات من الطرف السالب إلى الموجب.
عند جهد ثابت يبلغ 1.2 فولت، تكون البطارية الورقية قريبة من مستوى البطارية القلوية AA القياسية عند 1.5 فولت، وتبدأ البطارية بإنتاج الطاقة بعد نحو 20 ثانية من إضافة الماء، وفقًا للتجارب التي أجراها الفريق.
كتب الباحثون: «رغم الكثافة المحدودة للطاقة التي تنتجها بطاريتنا مقارنةً بالتقنيات القياسية، فإنها مناسبة لمجموعة واسعة من الإلكترونيات منخفضة الطاقة، والنظام الإيكولوجي لإنترنت الأشياء».
رغم انخفاض الأداء بمرور الوقت مع جفاف الورق، يمكن تنشيطه بإضافة المزيد من الماء، لتستمر البطارية بإنتاج 0.5 فولت بعد ساعتين من تنشيطها أول مرة. البطارية ليست معقدة للغاية في عملية إنتاجها للطاقة، ويسعى الباحثون لتحسين كفاءتها في المستقبل، وجعلها تعمل فترةً أطول.
كتب الباحثون: «مع تزايد الوعي بمشكلة النفايات الإلكترونية، وظهور الإلكترونيات ذات الاستخدام الواحد، في تطبيقات مثل الاستشعار البيئي ورقابة الأغذية، تتزايد الحاجة إلى بطاريات منخفضة الأثر البيئي».
وأشاروا إلى أن هذا التحول عن الطرق التقليدية الموجهة نحو الأداء، يخلق فرصًا جديدة للمواد والتصاميم غير التقليدية، التي قد توفر توازنًا بين الأداء والتأثير البيئي.
اقرأ أيضًا:
علماء يبنون بطارية تعمل بطاقة البكتيريا على لوح واحد من الورق !
علماء يطورون بطارية تعمل بالسكر وذات كثافة طاقة عالية
ترجمة: تسنيم فندقلي
تدقيق: حسام التهامي
