Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   9 , No .   5 Octo ber   201 9 , pp.  4053 ~ 40 59   IS S N:  20 88 - 8708 DOI: 10 .11 591/ ijece . v 9 i 5 . pp4053 - 40 59           4053       Journ al h om e page http: // ia es core .c om/ journa ls /i ndex. ph p/IJECE   A water - activat ed  battery ba sed on a ctiv ated ca rb on         Dang T rang  Nguy e n Ko z o T aguchi   Depa rtment  o S ci en ce a nd  Enginee ring ,   R it sum ei kan   Univer sit y ,   Japa n       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   N ov   25 , 201 8   Re vised  A pr   19 , 2 01 9   Accepte Apr   25 , 201 9       In  thi rese ar ch,  novel   prop erty   of  a ctivated  c arb on  powder  ( AC  powder)  has  bee uti lized   to  rea lize  disp osable   pape r - b ase bat t er y .   AC  powder  was  loa ded  on  3D  ca rbon  pap er  su bstrat to  m ake   the   anod e.   The   ca thod was  int egr at ed   direct l y   on  th pap er - base batter y   cas b y   coating  m ult iwalled   ca rbon  nano tube  m ixe with  pot assium   fer ricy an ide   on  sid of   shee of   fil ter  pape r,   th othe side  worked  as  pape r - base proto exc hang e   m embrane .   Thi design  provides   sim ple   but  pra ctical  disposable   wat er - ac t iva t ed  b at t er y .   Th d eve lop ed  ba tt er y   gen e rat ed   the  m axim um   power   density   o 10. 4   µW /c m 2   at   the   AC  powder  conc ent r at ion  of  1 m g/c m 2 Although,   the   o utput   power  of  the   bat ter y   is  lo w,  it   is  m ade   of  low - cost  and  abunda nt  m a te ri al s,  and  th ere for bei ng   a bl to   sca le   up .   The   b at t er y   is  a   disposable   and   on - demand  m ic ropower  ge ner ation  a ct iv ated  an y t ime,   an y wh ere b y   wa te r.   Ke yw or d s :   A ct ivate d ca r bon    A ir - cat hode   C arbon   na notu be    P ape r - base   P otassium  f er ricy anide    W at er - a ct ivate d batt ery   Copyright   ©   201 9   Instit ut o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e   Al l   rights re serv ed .   Corres pond in Aut h or :   Ko z o Tag uc hi,   Dep a rtm ent o f Sci ence a nd E ng i neer i ng,    Ri tsu m ei kan  Unive rsity   Ku sat s u, S hig a , J a pa n.   Em a il ta gu chi@se. ritsum ei .a c.jp       1.   INTROD U CTION   Nowa days,  the   ener gy  an e nv i ronm ental   crisi has  bec om seriou pro blem wh ic m a loo m   ov e ne xt  gen e rati on s The refor e the  exp l orat ion   of  ever po s sible  ways  to  gen e rate  en erg thr ough  green e r   and  cl eane processes   bec ome esse ntial S us ta ina ble  ene r gy  res ources   a re  belie ved  to  beco m the  ef f ect ive  so luti on  for  t his issu [ 1]   Acti vated  ca r bon  ( AC)  has  be en  popula rly   util iz ing   f or   co un tl ess  a ppli cat ion incl ud i ng  purificat io of   water  [2]   a nd   biodiese [ 3] hea vy  m et a rem ov al   [4] capaci tors  [ 5] ,   natu ral  gas  a nd  bi og a sto ra ge  [ 6] i m pr ovin hydro ge producti on  [ 7] Be ca use   AC  has  high   surface   area   a nd  ad sorptio capaci ty pl us   it   is  abun dan an low - c os t.  AC  can  be  pro duce from   a l m os al carb on - rich   and   inex pe ns i ve  pr ec urso rs  ( su c as  cocon ut  sh el l,  woo d,   saw  dus t)  by  ph ysi cal   act ivati on   or  chem ic al  act ivatio [ 8] AC  ha al so   been  k now f or   it cat al yst   su pp or ca pacit ie in  gas - so l id  reacti on   [9]   and  hy dro ge generati on   from   su lf ur - iod ine  therm och em ical w at er - sp li tt ing cy cl [ 10 ]   In   this  resea rc h,   we  ha ve  dis cov e re the  prop e rty   of   el ect rici ty   gen erati on   by  AC  powd e r:  if  AC   pow der   is   loa de in   the  a node   com par tm ent   of  batte ry  w it the  cat hode   an a node  se par at e by  prot on  exch a nge m e m br a ne; the n wa te is i nject ed  t the a node  com par t m ent, sig nificant el ect ri c pow e is  generate d.  Util iz ing   this  pro per ty ,   we  fa br ic at ed  pa pe r - base water - act ivate batt ery  ( WA B),  w hich  us e AC  pow der  to  gen e ra te   el ect rici ty To  the  best  of   our  knowle dge,  thi is  the  first  s tud util iz ing   this  prop e rty   of   AC   pow der   to  generate   power.  W it the  ad va ntages  of   lo cost,  ab unda nc e,  and   s us ta ina bili ty AC  po w der   is  a   prom isi ng  su st ai nab le  e nergy  resou rce.     The  pa pe r - ba sed  desi gn  was  us e be cause  pa pe has  so m uniqu prop e rtie includi ng     (i)  ine xpensi ve ness  a nd  ab un dan ce (ii)  c on ven ie nce  a nd   biodeg ra dab il it y,  and  (iii fle xib il it y.  The  pa per - base e nergy  s tora ge  dev ic es   can  facil it at disp os a ble  a nd  sta nd - al one  la b - on - c hip  syst em [11] wh ic ha ve  recently   em erg ed  as  a   ne pa rad i gm   fo cl inica po i nt - of - care  ( PO C diagn os ti cs  [ 12] .   In  this  wor k,   X - ray  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om En g,   V ol.  9 , N o.   5 Oct ober   201 9   :   4 0 5 3   -   4 0 5 9   4054   diffracti on  sp e ct rogr am   (X RD)  a nd   sca nning   el ect r on  m i cro sc ope  (SE M)  wer us e to  char a ct erize  the  A C   pow der   a nd   a node  el ect r ode.  The  perform ance  of   th WAB   in  var i ou w orkin c onditi on we re  in ves ti gated  to un der sta nd it s oper at in g pr i nciple.       2.   RES EA R CH MET HO D     2.1.   Materials   Coco nut  s hell - base act ivate carbo pow de KD - P WSP   ( par ti cl siz of   6µm was  pu r chase from   UES   Co .,  Ltd.  Adva ntec  #6   fi lt er  pap er  (pore  siz of   µ m was  purc hase from   Ad va ntec   Toyo  Kais ha Ltd.   Mult i - wall ed  c arbo na notu be   (CNT disp e r sion   c oatin li qu i N70 06L  ( 6.1  wt%  CNT )   was  purc hase f r om  KJ  S pecial ty   Pape Co .,  Ltd.  Hyd r ophili car bon  pa per  C1 - P2  (ca r bon  fibr e   50  wt an cel lul ose   fib r e     50   wt%)  wa pro vid e by  Azu m Fil t er  Pape Co.,   Lt d.   P otassium   fer ricy anid (PF,  K 3 [ Fe(C N) 6 ] was   purc hased  f rom   W ak Pure  Chem ic a Industri es  Ltd Naf i on  pr oton  e xchang e   m e m br ane  (P EM was  boug ht   from  A GC E nginee rin Co ., Lt d.     2.2.   Pap er - b as ed   WAB de sign   Fig ure   s how the  detai design   of   the  de velo ped   pap e r - base WAB The  desi gn   re pr ese nts  th e   fu si on   of   t he  a rt  of   or i gam a nd   pa per - base W AB.  T he  ba tt ery  case   was  fabrica te ba se on   a   sh eet   of  filt er   pap e r.   Fig ure   1( a s hows  t he   fro nt  an bac side   vie ws  with  pa rts  in dex e from     to  w hi ch  were     pre - di vid e by crease  li nes   ( da sh   li ne ).  T he  ai r - cat hode   wa fa br ic at ed   in  p art    by   coa ti ng   C NT  m ixed  with   PF   ( 0.4 m l   of   0.76   K 3 [Fe (CN ) 6 ]   in  m CNT  so luti on)   (F - CNT on   the  bac side  by  screen  pri nti ng   m et ho (p ai nting   on  m asked  areas) T he  f r on si de  se rv e as  pa per - ba sed  m e m br an e The   w hole   batte ry   case  was   t hen   sp raye d   with  hy droph ob ic   s ol ution   ( Water  P roof  S pr ay t pr e ve nt  water   le akin to   the  ba tt ery   case.  A half - ci r cl e cut at the  r i gh t - ha nd side   of p a rt    e xpos es t he  a nodic  elec tr ic al  co nt act  term inal.   In   pa rt  hole   was  cut  at   the  centre  f or   water  in j ect ion  to  the  anode.  The  an ode  was   at ta ched   to  the  m idd le   area  of  pa rt    usi ng   a dhesi ve  (3 M - 55  S pray   Adhesi ve) .   Ele ct rical   con ta ct   for  the  a node   we r e   m ade  by  coati ng  the  CNT  c oa ti n li qu i us i ng  scree pri nti ng   m et ho d.  Par   had   t wo   ha lf - ci rcle  cuts  at   th e   rig ht  and   le ft - hand  sides  for   the  expos ur of   a nodic  an cat hodic  el ect rical   con ta ct   te rm inals,  resp ect ively Dou ble - side ta pe  was  at ta ched   t par   to  fasten   and   cl am th who le   batte ry  w hen   c omplet el assem bling Then,  pa rt    was  f old e to  par   fl ow i ng   th cr ease  li ne  between   t he  two  par ts .     Parts    a nd     we re  f old ed  a rou nd   pa rt    an   to  assem ble  the  com ple te   batte ry  as  sh ow in     Fig ure   1(b).  It   is  furthe el a borated  by  A - a nd   B - cr os s - sect ion  vi ews.   Fig ure   1(b al so  sho w the   m ic ro sco pe  im age  of   t he  cr oss - sect io of  th integrate m e m br ane  c at ho de  with  sm oo th  c on ti nuit be twee the  coated  cat hode  a nd   t he  m e m br ane.  The  c om plete   W AB h ad   c om pact  si ze  of   ab out  cm   c m   0. 08  cm   and li gh dry - weig ht of a bout  1 50 m g.             Figure  1 .  ( a T he  sc hem at ic  d ia gr am s o t he fr on t a nd  back  sides  of the  bat te ry case.  (b)  T he  sc hem at ic   diag ram s o th e fro nt and  bac si des of t he  a ssem bled W A B wit it A - A  and B - B  cr os s - sect ions,    the m ic ro sco pe  i m age of  the  integ rated m e m br a ne  cat hode c ro ss - se ct io n,  and  the  phot i m age of  the  anod e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om En g     IS S N:  20 88 - 8708       A water - activ at ed  batt ery  ba s ed on acti vate d car bon ( Dan g Tra ng Ng uye n)   4055     2.3.   Anode  fabri ca tion and ch ar act eri z at i on   To  m ake  the  anode,  AC  po w der   was  loa de on  hy drophili 3D   car bo pa per   s ubstr at (C1 - P 2,    0.2  m m   thickne ss)  by  i m m er sing   the  car bo pa per   int th so luti on  of   AC  pow der   ( g   AC  pow der  m ixed  with  10  m l   disti ll ed  water  usi ng   m agn et ic   sti rr er  for  24  h).  A fter  im m ersing   the  c arbo pa per   f or   on e   m inu te it   was  ta ken   out  f or   dry ing   at   40 o f or   30  m in.  Thi is  cal le as  AC  pa pe r,   wh i ch  was  c ut  to  t he  siz e   of 1x cm  to  m ake th e  ano de.  The  c oncent rati on   of  AC po w der in t his ano de  sam ple w as  about  17 m g/cm 2     2.4.   Experim en ta meth od   Scan ning  el ect ron  m ic ro sco py   (S EM,  Hita chi  S 4300)  was  us e to  obser ve   the  s urface  of  the  ca rbo pap e s ub st rate  and   t he  AC  pow de r.   X - ray  diffracti on  sp e ct ro s c op (X R D,   X' Pert 3   Powd e P AN al yt ic al wa s   us e to  m easure   cryst al li ne  m orp ho l og of   t he  AC  pow de r car bon  pa per ,   an AC  pa per.   I al ex per i m ents,  un le ss  oth e rw i se  sta te d,   we  use the  AC  pa per   a nodes  with  the  AC  po w der   c on ce ntrati on   of   17   m g/cm 2 the   cat hodes  with  the  PF  co nce nt rati on   of  0.4 m of   0. 76  K 3 [F e (CN ) 6 ]   i m CNT  so luti on,  pa pe r - base m e m br ane,  an ta water  (pH  = 7 ) . Th e e xperim ental  co nd it ion wer open  ai r , at r oo m  te m per at ur e o f 25   o C.   Each  ex pe rim e nt  was  co nduc te three  tim es   in  identic al   conditi ons  an the  ave rag res ult  was  pr e sen te in  this  pap e r.   In   a dd it io n,   kΩ   resist or   was  c onnected  betw een  the  an ode  and   cat hode  to   discha rg the  WA B Af te r   in j ect in 20  µl   ta water  int the   a node,   t he  volt age   over   the  resist or  was   m o nito red  eve ry  10  s   by  data  acq uisit i on   syst em   ( Nati on al   I ns tr um ents  US B - 6210)  via  custom iz ed  LabVIE W   i nterf ac e     on a c om pu te r.       3.   RESU LT S   A ND D I SCUS S ION   3.1.   Anode c ha r ac teriz at ion   SEM  im age  of  the  3D  ca rbo pap e C1 - P is  show in   Fig ure   2( a ).   C arbo fi br es  a nd  cel lulose   fibr e are  i nter la ced  to  m ake  flexible  3D  s tructu re.  T he  i nterc onnecti on   betwee the  c arbo fib res  e na bles  el ect rical   cond uctivit for  the   carbo pap e r.  The  AC  pow der   l oad e on  the  an ode  is   s how in  Fig ure   2 ( b).     It  can   be  c onf irm ed  that  the  aver a ge  par ti cl siz is  µ m .   In   a dd it io n,   the   inset  of  Fig ure   2(b)  s hows  honeycom b - li ke   struct ur e   of  nanoscale  por os it on  the   s urface  of  the  AC  po wd e r.  Du e   to  t his  st ru ct ur e,     the A C  po wd e r  h as  larg e  s urfa ce area  [8] .             Figure  2. SEM  i m ages of (a)  t he 3D ca r bon p aper C 1 - P a nd  (b)  the  A C  powde (t he  in s et   shows hi gh l por ou s  surfa ce  of the  AC  pap e at   high m agn ific at ion )       Fig ure  sho w the  m easur ed   XRD  data  of   t he  AC  pow der,  carbon   pap e r,  and   AC  pa per.  The  XR D   patte rn  of  the   AC  po wd e ha str ong  a nd   wea diffracti on   pea ks   at   2Ɵ= 24 o   a nd  44 o w hich  show   good   agr eem ent  with  the  XRD  data  of   oth e ty pe of   AC  po wd e previ ously   rep ort ed  [13 - 15] .   Obviously th XR D   patte rn   of  the  AC  pa pe was   the  com bin at ion   of  the  AC  pow der   a nd  ca rbo pa pe XR patte r ns.  Ba sed  on   the  di ffract ion  patte rn,  it   can   be  c onfirm ed  that  no  s pecial   con ta m inati on   fou nd   i the   fa br ic at ed   an ode su c as the  pea ks   of any m et al  co nta m inati on .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om En g,   V ol.  9 , N o.   5 Oct ober   201 9   :   4 0 5 3   -   4 0 5 9   4056       Figure  3. XR D  p at te r n of  t he AC p owde r, ca rbo n pap e r,  a nd  AC pape r       3.2.   WAB ch ar acter iz at ion   First,  to  co nf i r m   wh et her   the  AC  pow der   is  the  m a in  cause  of   el ect rici ty   gen erati on  in  th anode,  w e   cond ucted  a exp e rim ent  us ing   t wo  an odic   m a te rial s,  w hich  were  the   carbo pap e r   on ly   (w it ho ut   AC   pow der)  an the  AC  pap e ( with  AC  pow de r) T he  e xp e ri m ental   resu lt   is  disp la ye in  Fig ure   4.  O bviou sly ,   the  car bon  pa per   a node  generate neg li gi ble  disch ar ging  volt age  with  the  m axi m um  vo lt age  of  m V.   Me anwhil e,  th AC  pap e a node  ge ner at e m uch   hi gh e r   volt age  with   the  m axi m u m   vo lt age   of  180  m V.     This  res ult  co nf irm that  the  AC  pow de r   was  th m ain   cause  of  el ect rici ty   gen er at ion   in  the  a node     of the  WA B .   Seco nd, to  ev a luate  the p er for m ance o the paper - ba sed  m e m br ane,  the com m ercial n afio PEM wa s   us e in  the  pla ce  of   t he  pa pe r - base m e m br ane  in  t he  WAB In   t his  ex pe rim ent,  the  nafi on   P EM  was   coated   by  F - C NT  us in the  sam m eth od  as  us e with  the  pap e r - ba sed  m e m br ane.   The n,   it   was  use to  re place  part     in   Fig ure   1 Fig ure   sho ws   the   pe rfor m ance  of   t he  nafi on   PEM   in  c om par ison   with  the  fa br ic at ed   pap e r - base m e m br a ne.   I the  case   of   us i ng   t he   na fio PEM  the   dischargin volt age  was  si gnific antly   high er  than  that  of  the  cas us in t he  pa per - ba sed  m em br ane,  the  m axim u m   ou tput   vo lt age   of  300  m com par ed  with   180  m V.   Althou gh  the   na fio PEM   ha bette r   pe rfo rm ance   than   the  pap e r - bas ed  m e m br ane,   it   i ov e r qu al ifie f or   dis po sa ble  pa per - ba sed  de vi ces  beca us it   is  exp e ns i ve.   T her e fore,  i thi resea rch  we  us e the p a pe r - base m e m br ane to m ini m iz e the co st  of  t he WA B.           Figure  4. Disc hargin g v oltag e of the   WA Bs  u si ng  carbo n pap e a nd A pa per a nodes .   T he pap er - base m e m br ane a nd tap  wat er  wer e  u se i this  exp e rim ent       Figure  5. Per f orm ance co m par iso n betwee t he  WA Bs  u si ng t he fab ricat ed p aper - ba sed  m e m br ane  and the c omm e rcial  n afi on PE M. The  A C  anod e  and  ta wat e r were  us e in  this e xperim ent       Finall y,  the  inf luence  of   the  pH  of  water  us e f or   act ivati on  (acti vatin s olu ti on)  to  t he  perform ance  of   the  WAB   w as  al so   in vestigat ed.   We  c ondu ct e an  e xpe rim ent  with  the  W ABs  act iva te by  aci dic  s olu ti on   (0.1   HCl,   pH = 1) basic  so luti on   ( 0.1  NaO H ,   pH = 13),   an ta water  (pH=7),  re sp e ct ively   The  e xp e rim ental   resu lt   is  show i Fig ure   6.   With  t he  s a m vo lum of  20  µl   in j ect i ng  to  th an od es,  the  aci dic  so luti on   gen e rated  the  lowest  volt age   (120   m at   t he  m axi m u m ),   wh il the  basi so luti on  ge ne rated   the  highest  volt age  (32 m at   the  m axi m u m ),   and   the  m i dd le   wa the  ta water  ( 180  m a t   the  m ax i m u m ).  Ba sed  on  this  r esult,  the  pH  of  the  act ivati ng  so luti on  is  an  i m po rtant  fact or   a ff ect in th perform ance  of   th e   WA B I this  researc h,   we  use ta water  with  pH  f or   al ex per im ents  beca us it   is  no nt oxic   and,  i pr i nciple, ea sil y ac cessi ble.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om En g     IS S N:  20 88 - 8708       A water - activ at ed  batt ery  ba s ed on acti vate d car bon ( Dan g Tra ng Ng uye n)   4057       Figure  6.   Per f orm ance co m par iso n betwee t he WABs  acti va te by aci dic  so luti on  (0.1  M HCl , pH= 1), b a sic   so luti on  (0.1  M NaO H, p H= 13), an ta p w at er (pH = 7),  re sp ect ively . T he  A C a node  and  p a per - ba sed   m e m br ane   were use i this e xp e rim ent       3.3.   Power de nsit y   To  eval uate  th power  d e ns it of   the W AB,   diff e ren e xter nal  resist ors  w ere  us e f or  d i schargin th e   batte ry.  Fig ure   7( a sho ws  th m axi m u m   ou tpu volt age  a nd  the  c orrespo nd i ng   powe de ns it of   the  WA a s   functi on   of   t he  cu rr e nt  de nsi ty   reco rd e a the  giv en  e xt ern al   resist or of   140  kΩ 10  kΩ,  kΩ,  kΩ an 0.51   kΩ.  The  discha rg i ng   vo lt ages  are  s hown   i Fig ure   7(b) At  kΩ   exter nal  resis ta nce,  the  m axi m u m   powe de ns it of   10.4   µ W/c m was  ob ta ine d.   Ba se on  th is  resu lt the  in te rn al   resist anc of   the  pa per - base WA B  w as  abo ut 1 k .             Figure  7. (a P olarizat ion cu r ve of  the m axim u m  d isc har gi ng volt age a nd  the  m axi m u m   powe r dens it as a  functi on  of  t he c urren de ns it y. ( b) Outp ut  volt age d isc harge d by so m e exte rn al   resist ors.   The AC a node,  pap e r - base m e m br ane , a nd tap  water   wer e   us e in  this e xperim ent       3.4.   Discussio n   To  e xp la in  f or   the  ex per im ental   resu lt sho w n   in  Fi g ure s   4,  5,   a nd   6,   we  s uppose  that  th op e rati on   of   t he  WA is   as  f ollo ws:  el ect rons  a nd  pr otons  a re  gen e rated  i the  a node   com par tm ent  after   ad ding  wate r   to  the  AC  an ode  to  act ivate the  el ect ro ns   go   th r ough  the   extern al   ci rc ui to  the  cat ho de  w hile   the  prot on s   m igrate  to  the  cat hode  thr ough  the  m e m br ane   to  com plete  t he  el ect rical   cir cuit  an kee the  el ect ro - ne ut rali ty  in  the  syst em Ba sed  on  the   res ult  show in   Fi g ure   5,   the  ge ne rati on  of  the  proto ns  ( H + i the  anod e   com par t m ent  can  be  c onfirm ed  beca us the  naf i on   P EM  can  sup port  only   the  penet rati on  of  prot ons.  Du t the  naf io PE facil it at ed  the  m igrati on  of  the   pr otons  from   the  an od e   t th cat ho de,  the  perform ance  of  the   naf i on   PEM  w as  bette tha that  of   t he  paper - base m e mb ra ne.   I ad diti on t e xp la in   the  res ult  sho wn  i Fig ure   6,  in  aci dic  so luti on  the  con ce ntrati on   of   H +   is  hi gh,  w hile  that  is  low  in  basic   so luti on.  Wh e the   proto c oncen trat ion   i the   anode  c om par tm ent  is  high,   it   te nd t ho l back  el ect rons,   a res ult,  le ss   el ect ro ns  ca r each  t the   cat hode   an t her e fore,   the  outp ut   volt age  is  de creased T his  m echan ism   work s   in   opposit fash i on   wh e the  con ce ntrati on  of   proto is  low  as  in  the  sit uation  of  a dd i ng   basic  so luti on.  Ther e f or e,   t he   basic  so l ution   gen e rated   the  highest   ou t pu t,  w hile  the  aci dic  so luti on  ge ner at e   the lo west  ou t put.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om En g,   V ol.  9 , N o.   5 Oct ober   201 9   :   4 0 5 3   -   4 0 5 9   4058   More ov e r,   at   t he  PF - prel oa de ai r - cat hode the  pr otons  are  reduce by  oxygen  in  t he   ai r   diffuse i the  cat hode   ( 1) howe ver  th slow  re duct ion  ki net ic   of  plain  ox y gen  lim i ts  this  redu ct ion   r eact ion  [16]   In   a ddit ion   t the  re du ct io r eact ion   by  ox ygen,  PF  is  t he   m a in  el ec tro acce pto r   at   the  cat ho de  ( 2)   [16] Howe ver,  the  r edu ct io reacti on   by  PF  co uld   not  la st  fo re ver after  gi ve tim of   op e rati on   al ferric ya nid e   ion s  wou l d be  reduce d.  T he re fore,  t he devel op e d WAB  is  on ly  s ui ta ble  f or d is po s able a pp li cat io ns     O 2   4H +   4e -          2H 2 O   (1)     [F e(C N) 6 ] 3 -   + e -                         [F e (CN ) 6 ] 4 -   (2)     The  m ov em ent  of  el ect r ons  a nd  pr otons  e xp la ined  a bove   is   sim il ar  to  that   of  the   bio f uel   cel ls  [ 17 ] We  ha ve  not  cl early   un de rst ood  the  m echan ism   of   how   el ect ro ns   a nd  proto ns   are  ge ner at e by  th AC  pow der   when  water  is  prese nt.  T his  cha ra ct erist ic   m ay   be  relat ed  t the  cat al yt ic   ac ti vity   and   na nopo rous   structu re  of  the   AC  pow der.  It   sh ould  be  no t ed  that  the  W AB  presente her has  di fferent  m echan ism   fr om  the  tradit io nal   m e ta l - based   WA B w he re  water  form t he  el ect r olyt with  io ns   pro du ce by  m etal - base el ect ro de   react ion a nd  s ol uble   sal t   [ 18 ] .   A lt ho ug at   this  sta ge,   t he  WAB   can  gen e rate   low  po wer   de ns it y,  it   is   wo rth  to  c on si der   this  ty pe  of   WA f or  furthe dev el op m ent  becau s it  is  based   on  low - co st,  ab unda nt,  and s us ta inable  A C m at erial , w hic is easy  t acc ess  ev e a t dev el op i ng c ountries.       4.   CONCL US I O N     This  pa per   f oc us e on   the  de m on strat ion   of  po w er  ge ner at ion   by  act ivate carbo in  pap e r - bas e WA B The  ba tt ery  can  instantl pr od uce  on - dem and   el ect rici ty   activated  by  water T he  de velo pe WA B   gen e rated   th e  m axi m u m   pow er d ensity  o f   10. µ W /c m 2   at   the  AC   po wd e r   co nce ntrati on o f   17  m g/c m 2   l oad e on  the   3D  car bon  pa per - bas ed  a node .   T he   pa per - based  WA B   ena bles   lo w - cost   powe s ource   t hat  ca po te ntial ly   e m powe the  ne xt  ge ner at io of   sel f - power e pa per - ba sed  dia gnos ti de vice s.  F or   fu t ur e   stud ie s ,   enou gh att ention sh ould  b e  pai on  f ur the r disco ver i ng the  operati ng  pr i nc iple o this   ty pe of  b at te ry.        ACKN OWLE DGE MENTS   A part  of this  r esearch  w a s s uppo rted by  AZ UMI FILT ERP AP ER C O. ,  Lt d .       REFERE NCE S     [1]   N.  L.  Panwar,   et  al . ,   Role  of  re newa ble  ene rg y   source in  env ir onm ent al   prot ection:   r evi ew ,   Re new .   Sustain .   Ene rgy  Rev. ,   vol /i ss ue:   15 ( 3 ) ,   pp .   1513 - 1524,   201 1.   [2]   B.   J Sán chez,  et  al.,   Self - p rope lled  a ctivated  c arb on  ja nu m ic rom otors  for  eff i cient  w at er   purifica ti on ,     Small ,   vo l /i ss ue:   11 ( 4 ) ,   pp.   499 - 5 06,   2015 .   [3]   A.  B.   Fadhil ,   et  al . ,   Purific atio of  biodi ese u sing  ac ti v at ed  c arb ons  produc ed   from   spent  te waste , ”  J.   Assoc .   Arab  Univ. B asi App l. Sc i . ,   vol / issue:   11 ( 1 ) ,   pp.   45 - 49,   2012 .   [4]   M.  Karni b,   e a l . ,   Hea v y   m e ta l removal   using   activate ca rbo n,   sili ca  and  si lica  ac t iva t ed  ca r bon  compos it e,”     in  En ergy   Procedia vo l. 50, pp.  113 - 120 2014 .   [5]   M.  Boota,  et  al.,   Acti v ated  C arb on  Sphere as  Flowabl El e ct rode   in  E l ec tro che m ical  F low  Capa c it ors, ”    J.   Elec troch em.   Soc. ,   vol /i ss ue:   1 61 ( 6 ) ,   pp .   A107 8 - A1083,  2014.   [6]   I.   Este ves ,   et   al. ,   Ads orpti on  of   nat ura gas  and   bioga components  on  ac t iv at e ca rbon, ”  Sep.   Purif .   Techno l. vol /i ss ue:   62 ( 2 ) ,   pp.   281 - 296 ,   20 08.   [7]   M.  Haka m iz adeh,  et   al.,   Im proving  h y droge n   produc ti on  via  wate split t ing   over   Pt/T iO  2/a ctivated  ca rbo nanoc om posite ,   Int. J.  Hydrogen   Ene rgy ,   vo l /i ss u e:   39 ( 14 ) ,   pp .   72 62 - 7269,   2014 .   [8]   T.   Lee,   e al.,   Acti va te Carbo Fiber  - the   H y b rid  of  Carbon  Fiber  and  Acti va ted  Carbon, ”  R ev .   Adv .   Mat er.   Sci vol.   36 ,   pp .   118 - 136,   2014 .   [9]   H.  Jüntgen ,   Act iva t ed  c arb on  as  ca t aly st support , ”  Fu el ,   vol /i ss ue :   65 ( 10 ) ,   pp.   143 6 - 1446,   1986 .   [10]   D.  M.  Ginos ar,   et   a l.,   Com m er ci a activ at ed  carbon  for  the   ca t a l y ti c   produc t ion  of  h y drog en  vi the   sulfur - Iodin e   the rm oche m ic a l w at er  spl it t ing c y c le,”  Int. J.  H y drogen  Ene rgy ,   vol /i ss ue:   36 ( 15 ) ,   pp .   8908 - 8914 ,   2011.   [11]   L.   Ge ,   e a l.,   Photoelect ro che m ic a la b - on - pape devi c bas ed  o an  integra te pape super ca pa ci tor  and  in te rn a li ght  sour ce,”   An al.   Ch em. ,   vol /i s sue:   85 ( 8 ) ,   pp .   3 961 - 3970,   2013 .   [12]   J.  Hu,  et   al . ,   Advanc es  in  pa per - base point - of - ca re  d ia gno stic s,”   B iosensors   and  Bi oel ec t ronics ,   vol.   54 .     pp.   585 - 597 ,   20 14.   [13]   C.   G.  Lee,   et  al.,   Oxida ti on  b e havi or  of   ca r bo in  a   co in - t y pe   direct   ca rbon   f uel   ce l l,”  J .   El e ct roche m.   Soc . vol /i ss ue:   158 ( 4 ) ,   pp .   B410 - B415 ,   2011 .   [14]   Y.  Shu,  et  al.,   Single   and   competi t ive   adsorption  of  Cd(II)  and   Pb(II)  from   aque ous  soluti on  b a ctivated  ca rbo n   pre par ed   with   Sa li m at sudan K iodz , ”  Wa te r S ci.  Techno l. ,   vo l /i s sue:   74 ( 12 ) ,   pp .   2751 - 2761,   De c   2016.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om En g     IS S N:  20 88 - 8708       A water - activ at ed  batt ery  ba s ed on acti vate d car bon ( Dan g Tra ng Ng uye n)   4059   [15]   Z.   Xie ,   et   al.,   Producti on  of  b iol ogically   activ at ed  ca rbon  fro m   ora nge  pee and  la ndfi ll   l eacha t subs eque n tre a tment  t ec hno log y ,   J .   Ch em. ,   vol.   2014 ,   2014 .   [16]   M.  Rahi m nej ad,   et   al.,   Microbi a fue ce l as  new  te chnol og y   fo bioe le c tricity   g ene ra ti on:  rev ie w,”   A le xandri a   Eng.   J. ,   vo l /i ss u e:   54 ( 3 ) ,   pp .   745 - 756,   2015 .   [17]   B.   E.   Loga n ,   et   al . ,   Microbi a f uel   c el ls:  Me tho dolog y   and  t ec h nolog y , ”  Env iro n.   Sci.  Techno l. ,   vol /i ss ue:   40 ( 17 ) pp.   5181 - 5192 ,   2006.   [18]   J.  R.   Goldstei n ,   et   al.,   W at er ac t iva t ed  ba tter y ,   Google  Pat ent s,   2017.       BIOGR AP H I ES   OF  A UTH ORS            D.  T rang  Ngu yen   was  born  in   V ie tna m   in   198 6.   He   recei v ed  t he  BS   degr ee  in   2009  from   th Depa rtment  of  T el e comm unic at i on  S y stems   Hanoi  Univer sit y   of S ci ence  and  T e c hnolog y ,   Hanoi ,   V ie tna m .   Aft er  tha t   he   re ceive th ME   in   2 01 from   the  Depa rtment   of   El e ct roni cs  and   El e ct r i ca l   Eng in ee ring ,   Donggu Univer sit y ,   S eoul ,   South  Ko rea .   From   201 to  2014 ,   he  complet ed   his  PhD   progra m   in  int egr at ed   scie n ce   and  eng ine er ing  at  Rit sum eikan  Univer sit y ,   K y oto ,   Japa n .   A fte ea rning   his  PhD ,   he  was  a   q ual ity   assuranc engi ne er  a T akako  In dustrie s,   Inc .   from   2015  t 2017.   Curr ent l y ,   he is a   sen ior  r ese arc h er at   the   Rit sum ei kan  Glo bal   Innov at ion   Resea rch   Or gan iz a ti on,   R it sum ei kan  Univer si t y .   His  fie lds  of  i nte rest  inc lud Biofue C el ls,   Solar  Ce ll s,   Biosensors,  and   H y dr ogen  En er g y .     Koz T ag uchi   was  born  in  K yoto,  Japa n ,   on   D ec ember   18,   19 68.   He   r ec e ive d   the  B . E . ,   M.E . ,   and  Dr .   Eng .   D egr ee s   in   e lectr i ca l   eng ineeri ng   from   Rit sum ei k an   Univ ersity ,   K y oto ,   Japa n ,   in  1991,   1993,   and   1996,   resp ec t iv ely .   In   1996,   h joi ned  Fuku y am Univer sit y ,   Hir oshim a,   Japa n,   where   h h ad  b ee enga g ed  in  rese arc h   and   de vel opm ent   on   th opt ical  f ibe r   tr appi ng  s y stem,   sem ic onduct or   r ing  l ase rs  and   the ir   appl icati on   for  op toe l ectro nic dev ices,  a nd  pol y m eri opti c al   wav eguides  for  opt ic a i nte rco nn ec t ion.  In  1996 2003,   he  worked  as  a assistant   and   le c ture r   in  Fuku y ama   Univer sit y .   In   2003,   he  m oved  to   Rit sum e ika Univ ersity ,   Shiga,  Japa n ,   and  cur ren tly   he   is   a   prof essor  o dep art m ent  of   el e ct ri c   and   e lec troni c   en gineeri ng.   From   2006   to  2007,   h was   visi ti ng  prof e ss or  at   Univer sit y   of   St  Andrews   (Scotl and ,   Uni t ed  Kingdom ).   From   2014  to  2015,   he   was  visi ti ng  pro fessor  at   Nan yang  T ec hnolog i ca Univ ersity  (Sing apor e).  His   cur ren r ese ar ch   intere sts inc lud e   cells  tra p ,   m ic ro flui dic  c ell - base device s,   d y sensiti z ed  sol ar   ce l l,  biofu el  c el l s,  biosensors,   an h y droge n   ene r g y .   Dr .   T aguc hi   i a   m ember  of  the   JJ AP .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.