由細菌驅動的紙電池是怎樣的

在世界偏遠地區或資源有限的地區，日常用品(例如電源插座和電池)都是奢侈品。這些地區的醫護人員通常缺乏電力來為診斷設備供電，并且商用電池可能不可用或太昂貴。需要低成本且便攜式的新電源。如今，研究人員報告了一種新型紙質電池，這種紙質電池由細菌驅動，可以克服這些挑戰。

研究人員今天將在化學學會(ACS)第256屆全國會議和博覽會上展示他們的結果。

“紙作為生物傳感器的材料具有獨特的優勢，”在會議上作此介紹的Seokheun(Sean)Choi博士說。“它價格便宜，可拋棄，具有撓性并且具有較大的表面積。但是，復雜的傳感器需要電源。商用電池太浪費和昂貴，并且不能集成到紙質基材中。最好的解決方案是紙質-電池。”

研究人員先前已經開發出了基于紙張的一次性生物傳感器，用于廉價，方便地診斷疾病和健康狀況，以及檢測環境中的污染物。許多此類設備依靠顏色變化來報告結果，但它們通常不太敏感。為了提高靈敏度，生物傳感器需要電源。Choi希望開發一種由細菌驅動的廉價紙電池，可以將其輕松整合到這些一次性設備中。

因此，賓厄姆頓州紐約州立大學的Choi和他的同事通過在紙張表面上印刷薄薄的金屬和其他材料層，制成了紙電池。然后，他們在紙上放置了凍干的“外生電子”。外生電子是一種特殊的細菌，可以將電子轉移到細胞外。當細菌為自己產生能量時產生的電子穿過細胞膜。然后它們可以與外部電極接觸并為電池供電。為了激活電池，研究人員添加了水或唾液。幾分鐘后，液體使細菌恢復了活力，細菌產生了足夠的電子來為發光二極管和計算器供電。

研究人員還研究了氧氣如何影響其設備的性能。氧氣很容易穿過紙張，可能會吸收細菌產生的電子，然后再將其送入電極。研究小組發現，盡管氧氣稍微降低了發電量，但效果卻很小。這是因為細菌細胞緊緊地附著在紙纖維上，從而在氧氣可能介入之前迅速將電子掃向陽極。

該紙電池，可使用一次，然后扔掉，目前有大約四個月的保質期。Choi正在研究改善冷凍干燥細菌的存活率和性能，延長保質期的條件。“該電源的性能也需要大約可以提高1000倍，對多數實際應用中，”崔說。他指出，這可以通過堆疊和連接多個紙電池來實現。崔先生已申請電池專利，并正在尋求行業合作伙伴進行商業化。