Origami-Ninja-Stern inspiriert neues Batteriedesign

Diese neue Einwegbatterie, die an der Binghamton University entwickelt wurde, faltet sich wie ein Origami-Ninja-Stern und könnte Biosensoren und andere kleine Geräte für den Einsatz unter schwierigen Feldbedingungen mit Strom versorgen. Bildnachweis: Jonathan Cohen/Binghamton University

Eine neue Einwegbatterie, die sich wie ein Origami-Ninja-Stern falten lässt, könnte Biosensoren und andere kleine Geräte für den Einsatz unter schwierigen Feldbedingungen mit Strom versorgen, sagt ein Ingenieur der Binghamton University, State University of New York.

Seokheun „Sean“ Choi, Assistenzprofessor für Computer- und Elektrotechnik an der Binghamton University, entwickelte zusammen mit zwei seiner Studenten das Gerät, eine mikrobielle Brennstoffzelle, die mit den Bakterien betrieben wird, die in ein paar Tropfen schmutzigem Wasser vorhanden sind. Sie berichten über ihre Erfindung in einem neuen Artikel, der online in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Biosensoren und Bioelektronik.

Choi hat zuvor eine papierbasierte Origami-Batterie entwickelt. Das erste Design, geformt wie eine Streichholzschachtel, stapelte vier Module übereinander. Die Ninja-Star-Version, die etwa 2,5 Zoll breit ist, bietet eine erhöhte Leistung und Spannung, mit acht kleinen Batterien, die in Reihe geschaltet sind.

„Letztes Mal war es ein Machbarkeitsnachweis. Die Leistungsdichte lag im Nanowattbereich“, sagte Choi. „Dieses Mal haben wir es auf den Mikrowattbereich erhöht. Wir können eine LED etwa 20 Minuten lang zum Leuchten bringen oder andere Arten von Biosensoren mit Strom versorgen.“

Papierbasierte Biosensoren umfassen Schwangerschaftstests und HIV-Tests. Die Sensitivität solcher Tests sei begrenzt, sagte Choi, und eine Batterie wie seine könne den Einsatz von anspruchsvolleren fluoreszierenden oder elektrochemischen Biosensoren in Entwicklungsländern ermöglichen. “Im Handel erhältliche Batterien sind zu verschwenderisch und zu teuer für das Feld”, sagte er. “Letztendlich möchte ich sofort verfügbare, verfügbare Biobatterien für den Einsatz in Regionen mit begrenzten Ressourcen entwickeln.”

Origami-Ninja-Stern inspiriert neues Batteriedesign
Seokheun „Sean“ Choi, Assistenzprofessor für Computer- und Elektrotechnik an der Binghamton University, entwickelte zusammen mit zwei seiner Studenten das Gerät, eine mikrobielle Brennstoffzelle, die mit den Bakterien betrieben wird, die in ein paar Tropfen schmutzigem Wasser vorhanden sind. Bildnachweis: Jonathan Cohen/Binghamton University

Das neue Design faltet sich zu einem Stern mit einem Einlass in der Mitte und den elektrischen Kontakten an den Punkten auf jeder Seite. Nachdem ein paar Tropfen schmutziges Wasser in den Einlass gegeben wurden, kann das Gerät zu einem Frisbee-ähnlichen Ring geöffnet werden, damit jede der acht Brennstoffzellen arbeiten kann. Jedes Modul ist ein Sandwich aus fünf Funktionsschichten mit eigener Anode, Protonenaustauschmembran und Luftkathode.

Chois ursprünglicher Akku in Streichholzschachtelgröße könnte für etwa 5 Cent hergestellt werden. Das neue Ninja-Star-Gerät ist zum Teil teurer – etwa 70 Cent – ​​weil es nicht nur Filterpapier, sondern auch Kohlenstoffgewebe für die Anode sowie Kupferband verwendet. Das nächste Ziel des Teams ist die Herstellung eines vollständig papierbasierten Geräts mit der Leistungsdichte des neuen Designs und einem niedrigeren Preis.


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