两滴水，一张纸，如何发电一小时？图｜两单元纸电池正在驱动一

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图｜两单元纸电池正在驱动一个有LED的闹钟（来源：研究团队）
在过去几十年中，由于技术更迭加快、产品寿命变短，人类过多地使用电子产品，电子垃圾已经成为全球增长速度最快的废物流。
来自联合国大学（UnitedNationsUniversity）的数据显示， 2019年全球约有5360万吨的电子产品被丢弃，预计到2030年，这一数字将高达7470万吨，如果这一趋势无法逆转，到2050年，甚至会达到1.1亿吨之多。
使用更环保的材料、提高资源的回收率，是当前解决电子垃圾泛滥问题的重要方法，而生物可降解电池则是当前电池研究的热点。
如今，来自瑞士联邦材料科学与技术实验室（Empa）的科研团队，在生物可降解电池方面取得了新的突破——他们在一项概念验证研究，提出了一种可以用水激活的一次性纸电池。
据介绍，只需滴上两滴水，这种新型电池就可以持续为一个带有LED的闹钟供电1小时， 1小时后再加两滴水，还能继续使用，且可以被制成任意形状和大小，潜在应用场景十分广阔。
相关研究论文以“Wateractivateddisposablepaperbattery”为题，已发表在科学期刊《科学报告》（ScientificReports）上。瑞士联邦材料科学与技术实验室GustavNystr?m博士为论文的通讯作者。
研究团队表示，这种纸电池可以被用于驱动各种低功率、一次性可丢弃的电子器件（比如追踪物品的智能标签、环境传感器和医学诊断设备）并将其环境影响降到最低。
纸电池，怎么能发电？
近年来，科学家在可生物降解的光电设备、能源采集器和超级电容器等绿色电源技术方面取得了重要进展。但是，可生物降解的一次性电池作为一种互补性强、可提供更高能量密度、运行更稳定的能源，其研究还十分有限。
当前有关电池的研究主要聚焦在电池性能的提升上，即不断向更高的能量和功率密度、更快的充电速率和更好的运行稳定性发展，主要通过开发符合目前主导市场的锂离子电池要求的新材料来实现。
【两滴水，一张纸，如何发电一小时？】然而，随着人们更加了解电子垃圾的危害，以及用于环境传感和食品监测等应用的一次性电子产品的出现，市场对环保电池的需求日益增长。
市场需求的转变，为非传统材料和设计提供了新的机会。以镁（Mg）、铁（Fe）、钨（W）和钼（Mo）等无机材料为基础的水性原电池（Aqueousprimarybatteries）成为了高能密度瞬态电池的理想候选材料，有机材料也已被证明可以成为不错的替代品。
尽管科学家取得了一些有前景的进展，但生物可降解电池的增材制造仍然是一个重要的科学挑战。
在过去十年中，以纸张形式存在千年的纤维素在生物医学诊断、信息显示和能源存储方面得到了广泛应用。然而，纤维素的一些独特性质，比如其固有的生物降解性、吸湿性等，却一直没有得到很好的利用。
在此次研究工作中， Nystr?m提出的纸电池由至少一个尺寸为1平方厘米的电池单元组成，包含3种印在长方形纸带上的油墨，纸带上分布着氯化钠盐，较短端浸了蜡，一种油墨含有石墨薄片印制在纸的一面上，作为电池组正极（阴极），纸的反面印有含锌粉的油墨，作为负极（阳极）。
此外，在纸的两面，在这两种油墨之上，都印上了含有石墨薄片和炭黑的油墨，这种油墨将电池组正负极和两根电线连接起来，电线位于有蜡的那端。这些油墨是3D打印等增材制造技术的理想选择。