Ultrasound Could Transform 3D Printing For A Future Of Smart Materials
A paper battery is an electric battery engineered to use a spacer formed largely of cellulose (the major constituent of paper). It incorporates nanoscale structures to act as high surface-area electrodes to improve conductivitiy.
In addition to being unusually thin, paper batteries are flexible and environmentally-friendly,allowing integration into a wide range of products. Their functioning is similar to conventional chemical batteries with the important difference that they are non-corrosive and do not require extensive housing
Advantages
The composition of these batteries is what sets them apart from traditional batteries. Paper is abundant and self-sustaining, which makes paper cheap. Disposing of paper is also inexpensive since paper is combustible as well as biodegradable. Using paper gives the battery a great degree of flexibility. The battery can be bent or wrapped around objects instead of requiring a fixed casing. Also, being a thin, flat sheet, the paper battery can easily fit into tight places, reducing the size and weight of the device it powers. The use of paper increases the electron flow which is well suited for high performance applications. Paper allows for capillary action so fluids in batteries, such as electrolytes, can be moved without the use of an external pump. Using paper in batteries increases the surface area that can be used integrate reagents. The paper used in paper batteries can be supplemented to improve its performance characteristics. Patterning techniques such as photolithography, wax printing, and laser micromachining are used to create hydrophobic and hydrophilic sections on the paper to create a pathway to direct the capillary action of the fluids used in batteries. Similar techniques can be used to create electrical pathways on paper to create paper electrical devices and can integrate paper energy storage.
แปลสรุปข่าว
Paper battery หรือแบตเตอรี่กระดาษ เป็นอุปกรณ์ที่ผลิตและเก็บพลังงานที่มีความบางมากเป็นพิเศษ มีความยืดหยุ่นและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ทำหน้าที่เหมือนกับแบตเตอรี่เซลล์เคมีทั่วไปแต่มีส่วนสำคัญที่แตกต่างกันคือ แบตเตอรี่กระดาษจะไม่เกิดการผุกร่อนและไม่จำเป็นต้องใช้ฝาครอบ (housing) ขนาดใหญ่ มันจึงสามารถใช้งานกับผลิตภัณฑ์ได้หลากหลายประเภทตั้งแต่ผลิตภัณฑ์เกี่ยวกับการดูแลสุขภาพ อุปกรณ์วินิจฉัยทางการแพทย์ที่ใช้พลังงานน้อย หรือแม้กระทั่งแผ่นอิเล็กทรอนิกที่ใช้ส่งยาผ่านผิวหนัง (electronic drug delivery transdermal patch) เป็นต้น นอกจากแบตเตอรี่ชนิดนี้จะใช้เป็นแบตเตอรี่พลังงานสูงแล้วมันยังนำมาใช้เป็นวัสดุตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวด (superconductor) ได้อีกด้วย
ลักษณะและการทำงานของแบตเตอรี่กระดาษ
แบตเตอรี่กระดาษนี้ทำขึ้นจากท่อนาโนคาร์บอน (carbon nanotubes) กับสารละลายอิเล็กโทรไลต์ห่อหุ้มด้วยแผ่นกระดาษเซลลูโลส การทำงานของแบตเตอรี่ชนิดนี้เกิดจากการทำปฏิกิริยาเคมีระหว่างสารละลลายอิเล็กโทรไลต์กับคาร์บอน จนได้พลังงานในรูปของอิเล็กตรอน จากนั้นอิเล็กตรอนจะเดินทางจากปลายขั้วลบไปยังขั้วบวกและส่งผ่านเส้นลวดที่ติดอยู่กับแบตเตอรี่ไปยังอุปกรณ์ที่ต้องใช้พลังงาน
ข้อดีของการใช้เซลลูโลสเป็น spacer ในแบตเตอรี่กระดาษ
การใช้เซลลูโลสเป็น spacerนั้นนอกจากจะเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมแล้วยังทำให้แบตเตอรี่กระดาษสามารถใช้สารอิเล็กโทรไลต์ได้หลากหลายชนิดมากขึ้น ในการพัฒนาแบตเตอรี่ชนิดนี้นักวิจัยได้ใช้ของเหลวไอออนิก (ionic liquid) เป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งของเหลวไอออนิกนี้ไม่มีส่วนประกอบเป็นน้ำซึ่งหมายความว่าไม่มีสารใดในแบตเตอรี่ที่จะระเหยหรือแข็งตัวได้ ดังนั้นแบตเตอรี่กระดาษจึงสามารถนำไปใช้งานได้แม้ในสภาวะที่มีอุณหภูมิรุนแรงมาก
นอกจากนี้แล้วแบตเตอรี่ชนิดนี้ยังสามารถใช้ได้กับสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่มีตามธรรมชาติ เช่น เหงื่อ เลือด หรือปัสสาวะได้อีกด้วย การนำสารคัดหลั่งต่างๆในร่างกายมาใช้เป็นอิเล็กโทรไลต์นั้นจะทำให้แบตเตอรี่ที่ได้มีสมบัติความเข้ากันทางชีวภาพ (biocompatibility) มากยิ่งขึ้น เหมาะกับการนำไปใช้เป็นอุปกรณ์จ่ายพลังงานขนาดเล็กสำหรับเครื่องกระตุ้นหัวใจ (pacemaker) ที่ต้องฝังอยู่ภายในร่างกายของผู้ป่วยทำให้ผู้ป่วยไม่ต้องกังวลกับสารเคมีที่รุนแรงที่พบได้ในแบตเตอรี่ทั่วไป
ด้วยโครงสร้างที่ทำจากกระดาษและท่อนาโนคาร์บอน แบตเตอรี่กระดาษที่ได้จึงมีน้ำหนักเบาและมีต้นทุนที่ต่ำ ส่งผลให้ได้รับความสนใจที่จะนำไปใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าสำหรับพกพา เครื่องบินและอากาศยาน ยานยนต์ และของเล่น เช่น ต้นแบบเครื่องบิน เป็นต้น นอกจากนี้แล้ว มันยังเหมาะกับการประยุกต์ใช้ทางการแพทย์อีกด้วยเนื่องจากไม่มีวัสดุประกอบส่วนใดที่มีความเป็นพิษ ทั้งยังสามารถย่อยสลายทางชีวภาพได้ (biodegradable) ต่างจากแบตเตอรี่เซลล์เคมีทั่วไป
อย่างไรก็ตาม การนำแบตเตอรี่กระดาษไปใช้ในเชิงพาณิชย์ยังคงต้องอาศัยเวลา เนื่องจากท่อนาโนคาร์บอนที่นำมาผลิตยังมีราคาค่อนข้างสูง ปัจจุบันนักวิจัยจึงทดลองสร้างแบตเตอรี่กระดาษในขนาดเพียงสองถึงสามนิ้วขึ้นมาเพื่อศึกษาเท่านั้น แต่ในอนาคตพวกเขาต้องการที่จะสร้างแบตเตอรี่กระดาษให้มีขนาดใหญ่เท่ากับหน้าหนังสือพิมพ์เพื่อที่จะนำไปใช้เป็นตัวจ่ายพลังงานที่เพียงพอแก่รถยนต์
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น