Pin vi khuẩn được tạo ra trên tờ giấy

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Binghamton, Đại học bang New York đã tạo ra một loại pin từ vi khuẩn trên một tờ giấy duy nhất có thể cung cấp năng lượng điện tử dùng một lần. Kỹ thuật sản xuất này làm giảm thời gian chế tạo và chi phí, và thiết kế mới có thể cách mạng hóa việc sử dụng pin sinh học như một nguồn năng lượng ở những khu vực hẻo lánh, nguy hiểm và nguồn lực hạn chế.

Thiết bị điện tử trên giấy gần đây được coi là một phương pháp đơn giản và tiết kiệm chi phí để cung cấp năng lượng cảm biến chẩn đoán xét nghiệm tại chỗ dùng một lần. Các thiết bị xét nghiệm tại chỗ trên giấy độc lập và tự duy trì rất cần thiết để cung cấp các phương pháp điều trị hiệu quả ở nơi có nguồn lực hạn chế.

Trên một nửa của một tờ giấy sắc ký, nhóm nghiên cứu đặt một dải nitrat bạc bên dưới một lớp sáp mỏng để tạo ra một cực âm. Sau đó họ tạo nguồn điện từ một loại polymer dẫn điện trên nửa kia của tờ giấy, nó hoạt động như cực dương. Khi được gấp đúng cách và thêm vào vài giọt chất lỏng chứa vi khuẩn, sự hô hấp tế bào của vi khuẩn sẽ tạo điện cho pin.

Thiết bị này đòi hỏi các lớp bao gồm các thành phần như cực dương, cực âm và PEM (màng trao đổi proton). Pin hoàn chỉnh phải lắp ráp bằng tay, và có những vấn đề tiềm năng như lệch chi tiết của các lớp giấy và bị gián đoạn theo chiều dọc giữa các lớp, làm giảm điện năng.

Các cách gấp và xếp chồng khác nhau có thể cải thiện đáng kể năng lượng và hiệu suất dòng điện. Các nhà khoa học đã có thể tạo ra 31,51 microwatt ở 125,53 microamps với sáu pin trong ba mạch nối song song và 44,85 microwatt ở 105,89 microamps với cấu hình 6x6.

Phải mất hàng triệu pin giấy để thắp sáng một bóng đèn 40 watt thông thường, nhưng trên chiến trường hay trong một tình huống thảm họa, khả năng sử dụng và tính di động là tối quan trọng. Ngoài ra, pin giấy có đủ điện để chạy cảm biến sinh học theo dõi nồng độ glucose ở bệnh nhân tiểu đường, phát hiện mầm bệnh trong cơ thể hoặc thực hiện các chức năng khám chữa bệnh khác.

Trong số rất nhiều pin trên giấy linh hoạt và tích hợp với nhiều ưu điểm, công nghệ tế bào nhiên liệu vi khuẩn trên giấy được cho là kém phát triển nhất. Nghiên cứu này cho thấy triển vọng vì các vi sinh vật có thể thu được năng lượng điện từ bất kỳ loại nguồn phân hủy sinh học có sẵn nào, ví dụ như nước thải. Trong tương lai pin sinh học giấy có thể trở thành một nguồn năng lượng cho thiết bị điện tử trên giấy.

Nhóm nghiên cứu đã phát triển nguyên mẫu giấy đầu tiên vào năm 2015, là một tấm pin có thể gập lại như một bao diêm. Đầu năm nay, họ đã công bố một thiết kế mới được lấy cảm hứng từ phi tiêu ninja.