美国研发纸质细菌电池，可生物分解不会污染环境

近年来为追求低成本、高效率与环保电池，不少创新技术应运而生，而近日美国宾汉顿大学开发出一种以细菌为驱动力的“纸电池”，不仅具有轻便可携带等优点，还可以生物分解，之后在为数百万台传感器与设备供电的同时，再也不用担心电池难以回收的难题了。

电池与微型电子设备可说是我们生活基础设备，从 3C 产品、交通智能传感器到医护设备都需会需要这些必需品，电子设备需求量预估在未来 5 年内将增长至 500 亿，但通常这些设备寿命并不长，有些甚至只能使用一次，往往会造成电池回收难题与生态污染。

因此，为解决此难题，美国宾汉顿大学成功利用纸与细菌打造一次性电池，细菌可用来产生电流为电池供电，还可在寿命结束时“吞噬”电池，完美解决电池回收问题。细菌能透过呼吸作用将有机物质中的生化能量（biochemical energy）转换成生物能量（biological energy），透过一系列连续的分子内有机反应将电子输送到阳极。

（图自：Seokheun Choi）

而为成功制造电池，研究员将急速冷冻的“胞外产电菌（exoelectrogens）”放置在纸上，根据团队说法，该细菌可以将电子转移到细胞外，电子可穿过细胞膜并与外部电极接触、为电池供电。而在电池未启用之前，细菌都处于冷冻干燥状态，可透过添加水与唾液，让电池开始运作或是让电池中的细菌更有活性。

目前细菌纸电池寿命约 4 个月，电池用尽之后可放入水中自然分解，最大功率则为每平方公分 4μW，电流密度则是每平方公分 26μA，宾汉顿大学电机工程系助理教授 Seokheun（Sean）Choi 表示，该数据比以往的纸质细菌电池高出许多，但若要达成商业化，功率与电流密度还得提高 1,000 倍。

不过团队也没有因此灰心，Choi 指出，将纸做为设备基板的好处在于，我们能很容易地将设备折迭来进行串联。之后团队目标则是改善细菌的寿命，进一步提升电池寿命与性能。

该技术即是所谓的纸电子（papertronics），让电子设备摆脱笨重脆硬等形象，透过与纸张结合，打造可挠式、可折迭、轻便、成本低且可生物分解的产品。先前该团队也有研发细菌纸电池，用碳做为阳极、液态镍则为电池阴极，成本更是只有 5 美分，且可以折迭成火柴盒大小、能用于各种小型生物传感器。

目前也不是只有宾汉顿大学在研究纸电池，由西班牙、加拿大和美国组成的团队也在 2017 年打造出无金属、能生物降解的氧化还原液流电池，其中以纤维素制成的电池在运作 100 分钟之后，可被土壤中的微生物吞噬，处理电池的方式就像堆肥一样简单。

现在科学家已推出各式各样的纸电子产品原型，像是晶体管、显示器、电池、传感器与智能标记等，但难以量产、电池储存容量不大、如何进行生物降解等都是科学家所遇到的难题，而未来随着技术不断进步与创新，之后或许真的有办法让纸制电子产品商业化，创造另一股环保商机。

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