Paper battery
કાગળની બેટરી મોટાભાગે સેલ્યુલોઝ (કાગળનો મુખ્ય ઘટક) ના બનેલા સ્પેસરનો ઉપયોગ કરવા માટે બનાવવામાં આવે છે. તે વાહકતામાં સુધારો કરવા માટે ઉચ્ચ સપાટી-વિસ્તારના ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે કામ કરવા માટે નેનોસ્કોપિક સ્કેલ માળખાઓનો સમાવેશ કરે છે. અસામાન્ય રીતે પાતળી હોવા ઉપરાંત, કાગળની બેટરીઓ લવચીક અને પર્યાવરણને અનુકૂળ હોય છે, જે ઉત્પાદનોની વિશાળ શ્રેણીમાં એકીકરણની મંજૂરી આપે છે. તેમની કામગીરી પરંપરાગત રાસાયણિક બેટરીઓ જેવી જ છે, જેમાં મહત્વપૂર્ણ તફાવત એ છે કે તેઓ બિન-સડો કરતા હોય છે અને તેમને વ્યાપક આવાસની જરૂર હોતી નથી. ફાયદા આ બેટરીઓની રચના જ તેમને પરંપરાગત બેટરીઓથી અલગ પાડે છે. કાગળ વિપુલ પ્રમાણમાં અને આત્મનિર્ભર હોય છે, જે કાગળને સસ્તું બનાવે છે. કાગળનો નિકાલ કરવો પણ સસ્તો છે કારણ કે કાગળ જ્વલનશીલ તેમજ બાયોડિગ્રેડેબલ છે. કાગળનો ઉપયોગ બેટરીને ખૂબ જ લવચીકતા આપે છે. બેટરીને નિશ્ચિત આવરણની જરૂરિયાતને બદલે વસ્તુઓની આસપાસ વાળી શકાય છે અથવા લપેટી શકાય છે. ઉપરાંત, પાતળી, સપાટ શીટ હોવાથી, કાગળની બેટરી સરળતાથી ચુસ્ત સ્થળોએ ફિટ થઈ શકે છે, જેનાથી તે જે ઉપકરણને શક્તિ આપે છે તેનું કદ અને વજન ઘટાડે છે. કાગળનો ઉપયોગ ઇલેક્ટ્રોનના પ્રવાહમાં વધારો કરે છે જે ઉચ્ચ પ્રદર્શન કાર્યક્રમો માટે સારી રીતે અનુકૂળ છે. કાગળ કેશિલરી ક્રિયા માટે પરવાનગી આપે છે જેથી બૅટરીમાં પ્રવાહી, જેમ કે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ, બાહ્ય પંપના ઉપયોગ વિના ખસેડી શકાય. બૅટરીમાં કાગળનો ઉપયોગ કરવાથી સપાટીનો વિસ્તાર વધે છે જેનો ઉપયોગ રીએજન્ટ્સને એકીકૃત કરવા માટે થઈ શકે છે. કાગળની બેટરીમાં વપરાતા કાગળને તેની કામગીરીની લાક્ષણિકતાઓમાં સુધારો કરવા માટે પૂરક બનાવી શકાય છે. ફોટોલિથોગ્રાફી, મીણ પ્રિન્ટિંગ અને લેસર માઇક્રો મશીનિંગ જેવી પેટર્ન તકનીકોનો ઉપયોગ કાગળ પર હાઇડ્રોફોબિક અને હાઇડ્રોફિલિક વિભાગો બનાવવા માટે થાય છે જેથી બૅટરીમાં ઉપયોગમાં લેવાતા પ્રવાહીની કેશિલરી ક્રિયાને નિર્દેશિત કરવાનો માર્ગ બનાવી શકાય. કાગળના વિદ્યુત ઉપકરણો બનાવવા માટે કાગળ પર વિદ્યુત માર્ગો બનાવવા માટે સમાન તકનીકોનો ઉપયોગ કરી શકાય છે અને કાગળના ઊર્જા સંગ્રહને એકીકૃત કરી શકાય છે. અન્ય ફાયદાઓમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છેઃ બૅટરી અને કેપેસિટર બંને તરીકે વપરાય છે. તે લવચીક હોય છે. તે અલ્ટ્રા થિન એનર્જી સ્ટોરેજ ડિવાઇસ છે. લાંબો સમય ચાલે છે. બિન-ઝેરી. સ્થિર વીજ ઉત્પાદન. બાયોડિગ્રેડેબલ કોઈ લીકિંગ અને ઓવરહિટિંગ ગેરફાયદા કાગળની બેટરીના ફાયદા ખૂબ પ્રભાવશાળી હોવા છતાં, કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ અને પેટર્ન જેવા ઘણા ઘટકો કે જે તેમને મહાન બનાવે છે, તે જટિલ અને ખર્ચાળ છે. 1. ફાટી જવા માટે દબાવો. 2. ઇલેક્ટ્રોલિસિસ અને લેસર એબ્લેશન જેવી પ્રક્રિયાઓના ઉપયોગને કારણે કાર્બનમાંથી બનેલી નેનોટ્યુબ્સ મોંઘી પડે છે. 3. શ્વાસમાં લેવો જોઈએ નહીં, કારણ કે તે ફેફસાંને નુકસાન પહોંચાડી શકે છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ આ સેલ્યુલોઝ આધારિત સ્પેસર ઘણા સંભવિત ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ સાથે સુસંગત છે. સંશોધકોએ આયનીય પ્રવાહી, અનિવાર્યપણે પ્રવાહી મીઠાનો, બૅટરીના ઇલેક્ટ્રોલાઇટ તરીકે, તેમજ માનવ પરસેવો, લોહી અને પેશાબ જેવા કુદરતી રીતે બનતા ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ તરીકે ઉપયોગ કર્યો હતો. પાણી વિનાના આયનીય પ્રવાહીનો ઉપયોગ કરવાનો અર્થ એ છે કે બૅટરીઓ સ્થિર અથવા બાષ્પીભવન નહીં કરે, જે સંભવિત રીતે ભારે તાપમાને કામગીરીને મંજૂરી આપે છે. ઓપરેટિંગ શરતો (દા. ત. આવી બૅટરીઓનું તાપમાન, ભેજ, સ્થિર દબાણ) ઇલેક્ટ્રોલાઇટના ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મો તેમજ સેલ્યુલોઝ જાળીની ટકાઉપણું પર આધારિત હશે; બંને સંભવિત મર્યાદિત પરિબળો છે. સંભવિત ઉપયોગો બેટરીની કાગળ જેવી ગુણવત્તા અને તેની અંદર જડિત નેનોટ્યુબ્સની રચના તેમને હળવા વજન અને ઓછી કિંમત આપે છે, જે પોર્ટેબલ ઇલેક્ટ્રોનિક્સ, એરક્રાફ્ટ, ઓટોમોબાઇલ્સ અને રમકડાં (જેમ કે મોડેલ એરક્રાફ્ટ) માટે સંભવિતતા પ્રદાન કરે છે. બેટરીઓ નેનોટ્યુબ્સનો ઉપયોગ કરે છે, જે વધુ પડતા ખર્ચને કારણે સંભવિત રીતે વ્યાવસાયિક સ્વીકારને ધીમું કરે છે. વ્યાવસાયિક રીતે અપનાવવા માટે પણ મોટા ઉપકરણોની જરૂર પડે છે. દા. ત., અખબારના કદનું ઉપકરણ કારને શક્તિ આપવા માટે પૂરતું શક્તિશાળી હોઈ શકે છે. કાગળને બેટરીના વિવિધ સ્વરૂપોમાં એકીકૃત કરી શકાય છે, જેમ કે ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ બેટરીઓ, બાયોફ્યુઅલ કોષો, લિથિયમ-આયન બેટરીઓ, સુપરકેપેસિટર્સ અને નેનોજનરેટર. ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ બેટરીઓ કાગળના ઉપયોગને સંકલિત કરવા માટે ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ બેટરીઓમાં ફેરફાર કરી શકાય છે. ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ બૅટરી સામાન્ય રીતે બે ધાતુઓનો ઉપયોગ કરે છે, જે બે ચેમ્બરમાં વિભાજિત થાય છે અને પુલ અથવા પટલ દ્વારા જોડાયેલ હોય છે જે બે ધાતુઓ વચ્ચે ઇલેક્ટ્રોનના વિનિમયને મંજૂરી આપે છે, જેનાથી ઊર્જા ઉત્પન્ન થાય છે. કાગળ પર ઇલેક્ટ્રોડ જમા કરીને અને બેટરીને સક્રિય કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતા પ્રવાહીને સમાવવા માટે કાગળનો ઉપયોગ કરીને કાગળને ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ બેટરીમાં એકીકૃત કરી શકાય છે. પેટર્ન કરેલ કાગળનો ઉપયોગ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ બેટરીમાં પણ થઈ શકે છે. આ બેટરીને પેપર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ સાથે વધુ સુસંગત બનાવવા માટે કરવામાં આવે છે. આ બેટરીઓ ઓછા વોલ્ટેજનું ઉત્પાદન કરે છે અને ટૂંકા ગાળા માટે કામ કરે છે, પરંતુ તેમનું ઉત્પાદન અને ક્ષમતા વધારવા માટે તેમને શ્રેણીબદ્ધ રીતે જોડી શકાય છે. આ પ્રકારની કાગળની બેટરીઓને શારીરિક પ્રવાહી સાથે સક્રિય કરી શકાય છે જે તેમને આરોગ્ય સંભાળ ક્ષેત્રમાં ખૂબ જ ઉપયોગી બનાવે છે જેમ કે સિંગલ-યુઝ તબીબી ઉપકરણો અથવા ચોક્કસ રોગો માટેના પરીક્ષણો. આ પ્રકારની બેટરી હેલ્થકેર ઉદ્યોગ માટે લાંબા જીવનથી પાવર પોઇન્ટ ઓફ કેર ઉપકરણો સાથે વિકસાવવામાં આવી છે. આ ઉપકરણમાં મેગ્નેશિયમ વરખ એનોડનો ઉપયોગ કરીને બનાવવામાં આવેલી કાગળની બેટરીનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો અને સિલ્વર કેથોડનો ઉપયોગ કિડની કેન્સર, યકૃત કેન્સર અને ઓસ્ટીઓબ્લાસ્ટિક અસ્થિ કેન્સર જેવા દર્દીઓમાં રોગોને શોધવા માટે કરવામાં આવ્યો છે. કાગળને મીણની છાપકામનો ઉપયોગ કરીને પેટર્ન કરવામાં આવ્યો હતો અને તેનો સરળતાથી નિકાલ કરી શકાય છે. વધુમાં, આ બૅટરી ઓછી કિંમતે વિકસાવવામાં આવી હતી અને તેમાં અન્ય વ્યવહારુ ઉપયોગો છે. લિથિયમ-આયન બેટરી કાગળનો ઉપયોગ લિથિયમ-આયન બેટરીઓમાં નિયમિત, વ્યાપારી કાગળ તરીકે અથવા એક દિવાલવાળા કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ સાથે ઉન્નત કાગળ તરીકે થઈ શકે છે. ઉન્નત કાગળનો ઉપયોગ ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે અને વિભાજક તરીકે થાય છે જે મજબૂત, લવચીક બેટરીમાં પરિણમે છે જે સારી સાઇકલિંગ, મહાન કાર્યક્ષમતા અને સારી રિવર્સિબિલિટી જેવી મહાન પ્રદર્શન ક્ષમતાઓ ધરાવે છે. પ્લાસ્ટિકનો ઉપયોગ કરતાં વિભાજક તરીકે કાગળનો ઉપયોગ કરવો વધુ અસરકારક છે. જો કે, ઉપયોગમાં લેવાતી સામગ્રીના આધારે કાગળને વધારવાની પ્રક્રિયા જટિલ અને ખર્ચાળ હોઈ શકે છે. સરળ અને ઓછા ખર્ચાળ વિભાજક અને બેટરી આધાર બનાવવા માટે નિયમિત કાગળને ઢાંકવા માટે કાર્બન નેનોટ્યૂબ અને સિલ્વર નેનોવાયર ફિલ્મનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. વાહક કાગળનો ઉપયોગ પરંપરાગત રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા ધાતુના રસાયણોને બદલવા માટે પણ થઈ શકે છે. પરિણામી બેટરી સારી કામગીરી કરે છે, જ્યારે ઉત્પાદન પ્રક્રિયાને સરળ બનાવે છે અને ખર્ચ ઘટાડે છે. લિથિયમ-આયન કાગળની બેટરીઓ લવચીક, ટકાઉ, રિચાર્જ કરી શકાય તેવી હોય છે અને ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ બેટરીઓ કરતાં નોંધપાત્ર રીતે વધુ શક્તિ ઉત્પન્ન કરે છે. આ ફાયદા હોવા છતાં, હજુ પણ કેટલીક ખામીઓ છે. લી-આયન બેટરી સાથે કાગળને સંકલિત કરવા માટે, બેટરીને ઇચ્છિત રીતે કાર્ય કરવા માટે જટિલ સ્તર અને અવાહક તકનીકો જરૂરી છે. આ જટિલ તકનીકોનો ઉપયોગ કરવાનું એક કારણ એ છે કે ઉપયોગમાં લેવાતા કાગળને મજબૂત બનાવવો જેથી તે સરળતાથી ફાટી ન જાય. આ બૅટરીની એકંદર તાકાત અને લવચીકતામાં ફાળો આપે છે. આ તકનીકોમાં સમય, તાલીમ અને મોંઘી સામગ્રીની જરૂર પડે છે. વધુમાં, જરૂરી વ્યક્તિગત સામગ્રી પર્યાવરણને અનુકૂળ નથી અને તેના નિકાલ માટે ચોક્કસ પ્રક્રિયાઓની જરૂર પડે છે. કાગળની લિથિયમ-આયન બેટરીઓ લાંબા સમય સુધી નોંધપાત્ર માત્રામાં ઊર્જાની જરૂર હોય તેવી એપ્લિકેશનો માટે શ્રેષ્ઠ અનુકૂળ રહેશે. લિથિયમ-આયન કાગળની બેટરીઓ કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ અને સેલ્યુલોઝ આધારિત પટલથી બનેલી હોઈ શકે છે અને સારા પરિણામો આપી શકે છે, પરંતુ ઊંચી કિંમતે. અન્ય સંશોધકો પાયરોલાઇઝ્ડ ફિલ્ટર પેપરમાંથી ઉત્પાદિત કાર્બન પેપરનો ઉપયોગ કરવામાં સફળ રહ્યા છે. કાગળ ઇલેક્ટ્રોડ અને કેથોડની વચ્ચે દાખલ કરવામાં આવે છે. લી-એસ બેટરીમાં ઇન્ટરલેયર તરીકે કાર્બન પેપરનો ઉપયોગ બેટરીની કાર્યક્ષમતા અને ક્ષમતામાં સુધારો કરે છે. કાર્બન પેપર કેથોડ અને ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચેના સંપર્ક વિસ્તારને વધારે છે જે ઇલેક્ટ્રોનના વધુ પ્રવાહ માટે પરવાનગી આપે છે. કાગળના છિદ્રો ઇલેક્ટ્રોનને સરળતાથી મુસાફરી કરવાની મંજૂરી આપે છે જ્યારે એનોડ અને કેથોડને એકબીજાના સંપર્કમાં રહેવાથી અટકાવે છે. આ વધુ ઉત્પાદન, બેટરી ક્ષમતા અને ચક્ર સ્થિરતામાં પરિવર્તિત થાય છે; આ પરંપરાગત લિ-એસ બેટરીમાં સુધારા છે. કાર્બન પેપર પાયરોલાઇઝ્ડ ફિલ્ટર પેપરમાંથી બનાવવામાં આવે છે જે બનાવવા માટે સસ્તું છે અને બેટરી તરીકે ઉપયોગમાં લેવાતા બહુ-દિવાલવાળા કાર્બન નેનોટ્યૂબ પેપરની જેમ કામ કરે છે. બાયોફ્યુઅલ કોષો ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ બેટરીઓની જેમ જ કામ કરે છે, સિવાય કે તેઓ વિદ્યુત ઊર્જા ઉત્પન્ન કરવા માટે રેડૉક્સ પ્રતિક્રિયાઓને સરળ બનાવવા માટે ધાતુઓને બદલે ખાંડ, ઇથેનોલ, પાયરુવેટ અને લેક્ટેટ જેવા ઘટકોનો ઉપયોગ કરે છે. ઉન્નત કાગળનો ઉપયોગ બાયોફ્યુઅલ સેલના હકારાત્મક અને નકારાત્મક ઘટકોને સમાવવા અને અલગ કરવા માટે થાય છે. આ પેપર બાયોફ્યુઅલ કોષ પરંપરાગત બાયોફ્યુઅલ કોષ કરતાં વધુ ઝડપથી શરૂ થયો કારણ કે છિદ્રાળુ કાગળ સકારાત્મક બાયોફ્યુઅલને શોષી લેવા અને સકારાત્મક બાયોફ્યુઅલ સાથે બેક્ટેરિયાના જોડાણને પ્રોત્સાહન આપવા સક્ષમ હતું. આ બૅટરી પ્રવાહીની વિશાળ શ્રેણી દ્વારા સક્રિય થયા પછી નોંધપાત્ર માત્રામાં શક્તિ ઉત્પન્ન કરવામાં સક્ષમ છે અને પછી તેનો નિકાલ કરવામાં આવે છે. કેટલાક વિકાસ થવો જ જોઇએ, કારણ કે કેટલાક ઘટકો ઝેરી અને ખર્ચાળ હોય છે. કુદરતી રીતે બનતા ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ જીવંત શરીર પર અથવા તેની અંદર ઉપયોગ કરવા માટે બાયોકોમ્પેટિબલ બેટરીઓને મંજૂરી આપી શકે છે. એક સંશોધક દ્વારા કાગળની બૅટરીઓને "પેસમેકર જેવા નાના ઉપકરણને કોઈપણ કઠોર રસાયણો-જેમ કે સામાન્ય રીતે બૅટરીમાં જોવા મળતા પ્રકાર-શરીરમાં દાખલ કર્યા વિના પાવર કરવાની રીત" તરીકે વર્ણવવામાં આવી હતી. લોહીમાં ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સનો ઉપયોગ કરવાની તેમની ક્ષમતા તેમને પેસમેકર, તબીબી નિદાન ઉપકરણો અને ડ્રગ ડિલિવરી ટ્રાન્સડર્મલ પેચો જેવા તબીબી ઉપકરણો માટે સંભવિત રીતે ઉપયોગી બનાવે છે. જર્મન હેલ્થકેર કંપની કેએસડબલ્યુ માઇક્રોટેક રક્ત પુરવઠાના તાપમાનની દેખરેખ માટે સામગ્રીનો ઉપયોગ કરી રહી છે. સુપરકેપેસિટર્સ પેપર બેટરી ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ સુપરકેપેસિટર્સમાં થઈ શકે છે. સુપરકેપેસિટર્સ કામ કરે છે અને ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ બેટરીની જેમ જ ઉત્પાદિત થાય છે, પરંતુ સામાન્ય રીતે વધુ પ્રદર્શન કરવા માટે સક્ષમ હોય છે અને રિચાર્જ કરવામાં સક્ષમ હોય છે. કાગળ અથવા ઉન્નત કાગળનો ઉપયોગ પાતળા, લવચીક સુપરકેપેસિટર્સ વિકસાવવા માટે થઈ શકે છે જે ઓછા ખર્ચાળ હોય છે. કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ સાથે વધારવામાં આવેલા કાગળને સામાન્ય રીતે નિયમિત કાગળ કરતાં પસંદ કરવામાં આવે છે કારણ કે તેની તાકાતમાં વધારો થાય છે અને તે બે ધાતુઓ વચ્ચે ઇલેક્ટ્રોનના સરળ સ્થાનાંતરણ માટે પરવાનગી આપે છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ અને ઇલેક્ટ્રોડ કાગળમાં જડિત કરવામાં આવે છે જે લવચીક પેપર સુપરકેપેસિટર ઉત્પન્ન કરે છે જે આજે ઉત્પાદિત કેટલાક વ્યાપારી સુપરકેપેસિટર્સ સાથે સ્પર્ધા કરી શકે છે. પેપર સુપરકેપેસિટર ઉચ્ચ પાવર એપ્લિકેશન માટે સારી રીતે અનુકૂળ રહેશે. નેનો જનરેટર એ વધુ તાજેતરના ઉપકરણો છે જે યાંત્રિક ઊર્જાને વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે. ઉપર ચર્ચા કરાયેલા સમાન કારણોસર નેનોજનરેટરના ઘટક તરીકે કાગળ ઇચ્છનીય છે. આવા ઉપકરણો હલનચલનને પકડી શકે છે, જેમ કે શરીરની હિલચાલ, અને તે ઊર્જાને વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરી શકે છે જે એલઇડી લાઇટને શક્તિ આપી શકે છે, ઉદાહરણ તરીકે. બેટરી પ્રકારોની યાદી પણ જુઓ સંદર્ભો પ્રિન્ટેબલ બેટરી રોલ્સ ઓફ ધ પ્રેસ 22 મે, 2006ના રોજ મેળવેલ. બેટરી પ્રકારો