Mokrý papír umožní elektrodové reakce

Jednoduchý, k životnímu prostředí přátelský elektrochemický článek vytiskneme na papír. Je založen na reakci kovového zinku se vzdušným kyslíkem, což je princip známý už dlouhou dobu. Anodu na jednu stranu papíru natiskneme inkoustem s rozptýleným zinkem. Zinek se na ni oxiduje podle rovnice Zn + 4OH– → Zn(OH)42-– + 2e–. Elektrony e- odtékají do obvodu a spotřebují se na katodě natištěné na druhé straně papíru. Je z uhlíku a redukuje se na ni vzdušný kyslík O2 + 4e– + 2H2O → 4OH–. Katodu lze rovněž natisknout, a to inkoustem, ve kterém jsou rozptýlené částice grafitu. Pokud je papír oddělující obě elektrody suchý, žádná reakce neprobíhá. Stačí navlhčit ho kapkou vody, reakce se rozběhne a obvodem začne protékat proud. Pro lepší vodivost najdeme v papíru ještě chlorid sodný NaCl. Jak vidíme nahoře na obrázku (foto EMPA, CC BY 4.0, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/), lze jím napájet jednoduchý budík s displejem.

Elektrochemický článek vytiskneme z biodegradabilního materiálu

Výhodu nového článku shrnuje šéf výzkumného týmu Gustav Nyström z EMPA: „Na naší nové baterii je zvláštní to, že na rozdíl od mnoha kovových vzduchových baterií využívajících kovovou fólii, která se postupně spotřebovává, jak se baterie vybíjí, naše konstrukce umožňuje přidat do inkoustu pouze takové množství zinku, které je skutečně potřeba pro konkrétní aplikaci.“ Všechny části elektrochemického článku jsou biodegradabilní. Napětí článku dosahuje 1,2 V při výkonu 150 µW/cm2 za proudu 0.5 mA. Elektrochemický článek vytiskneme na papír, což je z největší části celulóza, elektrochemicky inertní, avšak biologicky ne příliš rychle rozložitelná.

Superkapacitor

Na podobném principu vznikl již o něco dříve ve stejných laboratořích superkapacitor. Jeho elektrody tiskne 3D tiskárna ze speciálního inkoustu. Tvoří ho jemně rozptýlená celulóza, grafit, aktivní uhlí a špetka chloridu sodného kvůli iontové vodivosti. Přídavek glycerinu a dvou vyšších organických alkoholů ze směsi vytvoří tisknutelnou pastu.

Poulin, A., Aeby, X. & Nyström, G. Water activated disposable paper battery. Sci Rep 12, 11919 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-15900-5

https://www.empa.ch/web/s604/papierbatterie

akademon.cz 28. září 2021: V akumulátoru šplouchají obě elektrody

akademon.cz 9. března 2015: Energie z moči