On dirait que tous les quelques mois il y a un nouveau téléphone portable, un ordinateur portable ou une tablette si excitant que les gens font la queue autour du pâté de maisons pour mettre la main dessus. Alors que l'introduction perpétuelle de nouvelles, l'électronique légèrement plus avancée a fait des entreprises comme Apple un énorme succès, la courte durée de conservation de ces appareils électroniques est mauvaise pour l'environnement.

L'électronique moderne est remplie de circuits imprimés sur lesquels divers métaux et plastiques sont soudés ensemble. Certains de ces matériaux sont toxiques ou se décomposent en substances toxiques. Des efforts sont en cours pour stimuler le recyclage des déchets électroniques, récupérer les matériaux qui peuvent être réutilisés et éliminer correctement le reste. Mais la plupart des appareils finissent par s'ajouter aux piles croissantes de déchets électroniques dans les décharges.

Au lieu d'ajouter plus de déchets à ces tas sans cesse croissants, il est possible de créer des appareils électroniques biodégradables. C'est pourquoi d'autres chercheurs et moi-même nous penchons sur le domaine émergent de l'électronique sur papier – connu sous le nom de « papertronics ». Ils sont flexibles - même pliables - durables, respectueux de l'environnement et à faible coût.

Mais pour être vraiment écologique, papertronics ne peut pas utiliser de batteries traditionnelles, qui sont constitués de métaux et d'acides caustiques, pour stocker et décharger l'électricité. Récemment, mon collègue chimiste Omowunmi Sadik et moi avons développé une batterie en papier recyclable et biodégradable, ainsi que suffisamment fiable pour être réellement utilisé. La clé, ce sont les bactéries.

Bio-batteries flexibles

J'ai développé des batteries flexibles, batteries alimentées par la salive et plus encore. J'ai pensé qu'en cherchant à alimenter l'électronique à base de papier, il était logique d'essayer de fabriquer une batterie avec du papier. Heureusement, le papier est un bon matériau de batterie potentiel :il est flexible, un bon isolant - ce qui en fait une bonne plate-forme pour le montage de composants électroniques - et absorbe et libère facilement les fluides. Nous avons ajouté des polymères – acide poly(amique) et poly(dianhydride pyromellitique-p-phénylènediamine) – pour améliorer ces caractéristiques électriques.

Puis, pour stocker de l'énergie dans la batterie, à la place des métaux et des acides qui réagissent chimiquement pour générer des électrons, nous avons ajouté des bactéries. Lorsque ces batteries seront finalement commercialisées, ils utiliseront des bactéries sans danger pour les humains et l'environnement et bien confinées pour réduire toute autre contamination.

Parce que le papier est rugueux et poreux, les bactéries s'y collent, et génèrent leur propre énergie en décomposant presque toutes les matières organiques disponibles, y compris les matières végétales ou les eaux usées. À l'heure actuelle, nous préconditionnons le matériel source, mais cela peut aussi venir de l'environnement. Cette réaction chimique produit des électrons. Normalement dans une réaction bactérienne, ces électrons se lieraient à l'oxygène, mais nous avons construit notre batterie pour limiter l'oxygène et remplacer une électrode, ce qui signifie que nous pouvons capturer le flux d'électrons et l'utiliser pour alimenter des appareils.

Nous craignions que l'oxygène ne pénètre dans le papier et interrompe le flux d'électrons entre les bactéries, diminuant l'efficacité de la batterie. Nous avons constaté que même si cela se produit, il a des effets minimes. C'est parce que tant de cellules bactériennes sont si étroitement attachées aux fibres de papier; ils forment un biofilm multicouche qui protège la réaction chimique de la plupart de l'oxygène.

Nous voulions également une batterie qui pourrait se biodégrader. Les bactéries dans la batterie elle-même, une fois qu'ils ont fini de libérer de l'énergie, peut décomposer le papier et les polymères en composants inoffensifs. Dans l'eau, notre batterie facilement biodégradable, sans aucun équipement spécial ou autres micro-organismes pour aider à la panne.

Les structures polymère-papier sont légères, économique et flexible. Cette flexibilité permet également aux batteries de se plier comme un morceau de papier normal, ou être empilés les uns sur les autres. Cela permet à plus de puissance de la batterie de s'adapter dans des espaces plus petits.

Promesses et opportunités

Papertronics peut être particulièrement utile dans les zones reculées avec des ressources limitées, car ils sont alimentés par des bactéries qui peuvent habiter même les conditions les plus extrêmes et décomposer presque n'importe quel matériau pour produire des électrons. Ils n'ont pas besoin d'un réseau électrique bien établi, Soit. En outre, bien que les piles en papier soient conçues pour être jetables après utilisation, leurs matériaux sont recyclables – et de nouvelles batteries peuvent être créées à partir de papier recyclé.

Aussi révolutionnaires que soient les bio-batteries à base de papier pour les futurs appareils électroniques, ils sont assez simples à faire. Les polymères et les bactéries peuvent être mélangés avec du papier dans des procédés de fabrication traditionnels, y compris l'impression roll-to-roll et la sérigraphie - ou même être peints ou coulés directement sur le papier.

D'autres matériaux peuvent également être ajoutés aux piles en papier - comme les métaux, semi-conducteurs, isolants et nanoparticules. Ces substances et d'autres peuvent ajouter plus de propriétés et de capacités aux appareils à base de papier, ouvrant de nouvelles portes pour la prochaine génération d'électronique.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.