07.06.2021 - Empa (Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt)

La batería biodegradable: un milagro ecológico

El nuevo minicondensador se compone de carbono, celulosa, glicerina y sal de mesa

El número de microdispositivos que transmiten datos, por ejemplo en la logística de envasado y transporte, aumentará considerablemente en los próximos años. Todos estos dispositivos necesitan energía, pero la cantidad de baterías tendría un gran impacto en el medio ambiente. Los investigadores de Empa han desarrollado un minicondensador biodegradable que puede resolver el problema. Está compuesto por carbono, celulosa, glicerina y sal de mesa. Y funciona de forma fiable.

El dispositivo de fabricación de la revolución de las baterías parece bastante discreto: se trata de una impresora 3D modificada, disponible en el mercado, situada en una sala del edificio del laboratorio de Empa. Pero la verdadera innovación reside en la receta de las tintas gelatinosas que esta impresora puede dispensar sobre una superficie. La mezcla en cuestión consiste en nanofibras de celulosa y nanocristalitos de celulosa, además de carbono en forma de negro de humo, grafito y carbón activado. Para licuar todo esto, los investigadores utilizan glicerina, agua y dos tipos diferentes de alcohol. Además de una pizca de sal de mesa para la conductividad iónica.

Un sándwich de cuatro capas

Para construir un supercondensador funcional a partir de estos ingredientes, se necesitan cuatro capas, que salen de la impresora 3D una tras otra: un sustrato flexible, una capa conductora, el electrodo y, por último, el electrolito. A continuación, el conjunto se dobla como un sándwich, con el electrolito en el centro.

El resultado es un milagro ecológico. El minicondensador del laboratorio puede almacenar electricidad durante horas y ya puede alimentar un pequeño reloj digital. Puede soportar miles de ciclos de carga y descarga y años de almacenamiento, incluso a temperaturas bajo cero, y es resistente a la presión y los golpes.

Fuente de alimentación biodegradable

Lo mejor de todo es que, cuando ya no lo necesites, puedes tirarlo al compost o simplemente dejarlo en la naturaleza. Al cabo de dos meses, el condensador se habrá desintegrado, dejando sólo algunas partículas de carbono visibles. Los investigadores ya han probado esto también.

"Parece bastante sencillo, pero no lo fue en absoluto", dice Xavier Aeby, del laboratorio de Celulosa y Materiales de Madera de Empa. Hizo falta una larga serie de pruebas hasta que todos los parámetros fueron correctos, hasta que todos los componentes fluyeron de forma fiable desde la impresora y el condensador funcionó. Dice Aeby: "Como investigadores, no queremos limitarnos a juguetear, también queremos entender lo que ocurre dentro de nuestros materiales".

Junto con su supervisor, Gustav Nyström, Aeby desarrolló y puso en práctica el concepto de un dispositivo de almacenamiento de electricidad biodegradable. Aeby estudió ingeniería de microsistemas en la EPFL y vino a Empa para hacer su doctorado. Nyström y su equipo llevan tiempo investigando geles funcionales basados en la nanocelulosa. Este material no sólo es una materia prima renovable y respetuosa con el medio ambiente, sino que su química interna lo hace extremadamente versátil. "El proyecto de un sistema de almacenamiento de electricidad biodegradable ha estado cerca de mi corazón durante mucho tiempo", dice Nyström. "Solicitamos financiación interna de Empa con nuestro proyecto, Baterías de papel impreso, y pudimos iniciar nuestras actividades con esta financiación. Ahora hemos conseguido nuestro primer objetivo".

Aplicación en el Internet de las cosas

Nyström y Aeby prevén que el supercondensador podría convertirse pronto en un componente clave para el Internet de las Cosas. "En el futuro, estos condensadores podrían cargarse brevemente mediante un campo electromagnético, por ejemplo, y luego podrían proporcionar energía a un sensor o un microtransmisor durante horas". Esto podría utilizarse, por ejemplo, para comprobar el contenido de los paquetes individuales durante el envío. También es concebible la alimentación de sensores en la vigilancia del medio ambiente o en la agricultura, ya que no hay necesidad de volver a recoger estas baterías, ya que podrían dejarse en la naturaleza para que se degraden.

El número de microdispositivos electrónicos también aumentará debido a un uso mucho más extendido de los diagnósticos de laboratorio cerca del paciente ("point of care testing"), que actualmente está en auge. Entre ellos se encuentran los pequeños dispositivos de prueba para uso a pie de cama o los dispositivos de autodiagnóstico para diabéticos. "Un condensador de celulosa desechable también podría ser muy adecuado para estas aplicaciones", afirma Gustav Nyström.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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