Apa Itu "Papertronics"? Mengapa Peneliti Memandang Kertas sebagai Sumber Baterai

Sepertinya setiap beberapa bulan ada ponsel, laptop, atau tablet baru yang sangat menarik orang berbaris di sekitar blok untuk mendapatkan tangan mereka di atasnya. Sementara pengenalan terus-menerus dari elektronik baru yang sedikit lebih maju telah membuat bisnis seperti Apple sangat sukses, umur simpan yang pendek dari elektronik ini buruk bagi lingkungan.

Elektronik modern dipenuhi dengan papan sirkuit tempat berbagai logam dan plastik disolder bersama. Beberapa bahan ini beracun - atau terurai menjadi zat beracun. Ada upaya yang sedang dilakukan untuk meningkatkan daur ulang limbah elektronik, memulihkan bahan yang dapat digunakan kembali dan membuang sisanya dengan benar. Tetapi sebagian besar perangkat akhirnya ditambahkan ke tumpukan e-limbah di tempat pembuangan sampah.

Alih-alih menambahkan lebih banyak sampah ke tumpukan yang terus tumbuh ini, ada peluang untuk membuat elektronik yang dapat terurai secara hayati. Itulah sebabnya saya dan peneliti lain mencari bidang elektronik berbasis kertas - yang dikenal sebagai "papertronics." Mereka fleksibel - bahkan dapat dilipat - berkelanjutan, ramah terhadap lingkungan dan berbiaya rendah.

Tetapi agar benar-benar ramah lingkungan, papertronics tidak dapat menggunakan baterai tradisional, yang terbuat dari logam dan asam kaustik, untuk menyimpan dan mengeluarkan listrik. Baru-baru ini, rekan kimiawan saya Omowunmi Sadik dan saya mengembangkan baterai kertas yang dapat didaur ulang dan dapat terurai secara hayati, serta cukup andal untuk digunakan. Kuncinya adalah bakteri.

Baterai Bio Fleksibel

Saya telah mengembangkan baterai fleksibel, baterai yang didukung oleh air liur dan banyak lagi. Saya pikir ketika mencari daya dari elektronik berbasis kertas, masuk akal untuk mencoba membuat baterai dari kertas. Untungnya, kertas adalah bahan baterai potensial yang bagus: Kertas fleksibel, isolator yang baik - yang membuatnya menjadi platform yang baik untuk memasang komponen elektronik di - dan menyerap dan melepaskan cairan dengan mudah. Kami menambahkan polimer - asam poli (amat) dan poli (pirromelitik dianhydride-p-phenylenediamine) - untuk meningkatkan karakteristik listrik tersebut.

Kemudian, untuk menyimpan energi dalam baterai, menggantikan logam dan asam yang bereaksi secara kimiawi untuk menghasilkan elektron, kami menambahkan bakteri. Ketika baterai ini pada akhirnya dikomersialkan, mereka akan menggunakan bakteri yang aman bagi manusia dan lingkungan serta mengandung cukup banyak untuk mengurangi kontaminasi lainnya.

Karena kertasnya kasar dan keropos, bakteri menempel padanya, dan menghasilkan energi sendiri dengan menghancurkan hampir semua bahan organik yang tersedia, termasuk bahan tanaman atau air limbah. Saat ini, kami adalah materi sumber prapaket, tetapi bisa juga berasal dari lingkungan. Reaksi kimia ini menghasilkan elektron. Biasanya dalam reaksi bakteri, elektron-elektron itu akan berikatan dengan oksigen, tetapi kami telah membangun baterai kami untuk membatasi oksigen dan mengganti elektroda, artinya kita dapat menangkap aliran elektron dan menggunakannya untuk perangkat daya.

Kami khawatir bahwa oksigen bisa masuk ke kertas dan mengganggu aliran elektron antara bakteri, mengurangi efisiensi baterai. Kami menemukan bahwa sementara itu terjadi, ia memiliki efek minimal. Itu karena begitu banyak sel bakteri yang melekat erat pada serat kertas; mereka membentuk biofilm multi-lapisan yang melindungi reaksi kimia dari sebagian besar oksigen.

Kami juga menginginkan baterai yang dapat terurai. Bakteri dalam baterai itu sendiri, setelah selesai mengeluarkan energi, dapat memecah kertas dan polimer menjadi komponen yang tidak berbahaya. Di dalam air, baterai kita mudah terurai, tanpa peralatan khusus atau mikroorganisme lain untuk membantu kerusakan.

Struktur kertas polimer itu ringan, murah, dan fleksibel. Fleksibilitas itu juga memungkinkan baterai melipat seperti selembar kertas biasa, atau saling bertumpuk. Itu memungkinkan lebih banyak daya baterai masuk ke ruang yang lebih kecil.

Janji dan Peluang

Papertronics dapat sangat berguna di daerah terpencil dengan sumber daya terbatas karena didukung oleh bakteri yang dapat menghuni bahkan kondisi yang paling ekstrem dan memecah hampir semua bahan untuk menghasilkan elektron. Mereka juga tidak membutuhkan jaringan listrik yang sudah mapan. Selain itu, meskipun baterai kertas dirancang untuk sekali pakai setelah digunakan, bahannya dapat didaur ulang - dan baterai baru dapat dibuat dari kertas daur ulang.

Sama revolusionernya dengan bio-baterai berbasis kertas untuk perangkat elektronik masa depan, baterai ini cukup mudah dibuat. Polimer dan bakteri dapat dicampur dengan kertas dalam proses pembuatan tradisional, termasuk pencetakan roll-to-roll dan sablon - atau bahkan dicat atau dituangkan langsung ke atas kertas.

Bahan lain juga dapat ditambahkan ke baterai kertas - seperti logam, semikonduktor, isolator, dan partikel nano. Bahan-bahan ini dan lainnya dapat menambah lebih banyak properti dan kemampuan pada perangkat berbasis kertas, membuka pintu baru untuk generasi elektronik berikutnya.

Artikel ini awalnya diterbitkan di The Conversation oleh Seokheun Choi. Baca artikel asli di sini.