Det verkar som om det kommer en ny mobiltelefon med några månaders mellanrum, laptop eller surfplatta som är så spännande människor ställer upp runt kvarteret för att få tag på den. Medan den ständiga introduktionen av nya, lite mer avancerad elektronik har gjort företag som Apple enormt framgångsrika, den korta hållbarheten för denna elektronik är dålig för miljön.

Modern elektronik är fylld med kretskort på vilka olika metaller och plaster löds ihop. Vissa av dessa material är giftiga – eller bryts ner till giftiga ämnen. Det pågår ansträngningar för att öka återvinningen av e-avfall, återvinna material som kan återanvändas och kassera resten på rätt sätt. Men de flesta enheter läggs till i de växande högarna av e-avfall på soptippar.

Istället för att lägga till mer skräp till dessa ständigt växande högar, det finns en möjlighet att skapa elektronik som är biologiskt nedbrytbar. Det är därför andra forskare och jag tittar på det framväxande området för pappersbaserad elektronik – känd som "papertronics". De är flexibla – även hopfällbara – hållbara, miljövänlig och låg kostnad.

Men för att vara riktigt miljövänlig, papertronics kan inte använda traditionella batterier, som är gjorda av metaller och kaustiksyror, att lagra och ladda ur el. Nyligen, min kemistkollega Omowunmi Sadik och jag utvecklade ett pappersbatteri som är återvinningsbart och biologiskt nedbrytbart, samt pålitlig nog att faktiskt använda. Nyckeln är bakterier.

Flexibla biobatterier

Jag har utvecklat flexibla batterier, batterier som drivs av saliv och mer. Jag tänkte att när jag försökte driva pappersbaserad elektronik, det var vettigt att försöka göra ett batteri av papper. Lyckligtvis, papper är ett bra potentiellt batterimaterial:det är flexibelt, en bra isolator – vilket gör den till en bra plattform för montering av elektroniska komponenter på – och absorberar och släpper ut vätskor lätt. Vi lade till polymerer – poly(amin)syra och poly(pyromellitsyradianhydrid-p-fenylendiamin) – för att förbättra dessa elektriska egenskaper.

Sedan, för att lagra energi i batteriet, i stället för de metaller och syror som reagerar kemiskt för att generera elektroner, vi lade till bakterier. När dessa batterier så småningom kommersialiseras, de kommer att använda bakterier som är säkra för människor och miljön och väl inneslutna för att minska all annan kontaminering.

Eftersom papperet är grovt och poröst, bakterierna fastnar på det, och generera sin egen energi genom att bryta ner nästan alla tillgängliga organiska material, inklusive växtmaterial eller avloppsvatten. Just nu, vi förpackar källmaterial, men det kan också komma från miljön. Denna kemiska reaktion producerar elektroner. Normalt i en bakteriell reaktion, dessa elektroner skulle binda till syre, men vi har byggt vårt batteri för att begränsa syre och ersätta en elektrod, vilket betyder att vi kan fånga elektronflödet och använda det för att driva enheter.

Vi var oroliga för att syre kunde komma in i papperet och avbryta elektronflödet mellan bakterierna, minska batteriets effektivitet. Vi upptäckte att även om det händer, det har minimala effekter. Det beror på att så många bakterieceller är så hårt fästa vid pappersfibrerna; de bildar en flerlagers biofilm som skyddar den kemiska reaktionen från det mesta syre.

Vi ville också ha ett batteri som kunde brytas ned biologiskt. Bakterierna i själva batteriet, när de är klara med att släppa energi, kan bryta ner papperet och polymererna till ofarliga komponenter. I vatten, vårt batteri är lätt biologiskt nedbrytbart, utan någon speciell utrustning eller andra mikroorganismer för att hjälpa till vid nedbrytningen.

Polymer-pappersstrukturerna är lätta, låg kostnad och flexibel. Den flexibiliteten gör också att batterierna kan vikas som ett vanligt papper, eller staplas ovanpå varandra. Det låter mer batterikraft passa in i mindre utrymmen.

Löften och möjligheter

Papertronics kan vara särskilt användbar i avlägsna områden med begränsade resurser eftersom de drivs av bakterier som kan leva i även de mest extrema förhållanden och bryta ner nästan vilket material som helst för att producera elektroner. De behöver inte ett väletablerat elnät, antingen. Dessutom, även om pappersbatterier är designade för engångsbruk efter att de har använts, deras material är återvinningsbara – och nya batterier kan skapas av återvunnet papper.

Lika revolutionerande som pappersbaserade biobatterier är för framtida elektroniska enheter, de är ganska enkla att göra. Polymererna och bakterierna kan blandas med papper i traditionella tillverkningsprocesser, inklusive rull-till-rulle-tryck och screentryck – eller till och med målas eller hällas direkt på papper.

Andra material kan också läggas till pappersbatterierna - som metaller, halvledare, isolatorer och nanopartiklar. Dessa och andra ämnen kan ge fler egenskaper och möjligheter till pappersbaserade enheter, öppnar nya dörrar för nästa generations elektronik.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.