El dispositivo de fabricación para la revolución de la batería parece bastante discreto:es un modelo modificado, impresora 3D disponible comercialmente, ubicado en una sala en el edificio del laboratorio Empa. Pero la verdadera innovación radica en la receta de las tintas gelatinosas que esta impresora puede dispensar sobre una superficie. La mezcla en cuestión está formada por nanofibras de celulosa y nanocristalitos de celulosa, más carbón en forma de negro de carbón, grafito y carbón activado. Para licuar todo esto, los investigadores usan 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, todo fluye de la impresora 3D uno tras otro:un sustrato flexible, una capa conductora, el electrodo y finalmente el electrolito. Luego todo se dobla como un sándwich, con el electrolito en el centro.

Lo que surge 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 en temperaturas bajo cero, y es resistente a la presión y los golpes.

Fuente de alimentación biodegradable

Mejor de todo, aunque, cuando ya no lo necesites, puede tirarlo al abono o simplemente dejarlo en la naturaleza. Después de dos meses, el condensador se habrá desintegrado, dejando solo unas pocas partículas de carbono visibles. Los investigadores ya han probado esto, también.

"Suena bastante simple, pero no fue en absoluto ", dice Xavier Aeby, del laboratorio de materiales de madera y celulosa de Empa. Se necesitaron una serie de pruebas hasta que todos los parámetros fueron correctos, hasta que todos los componentes fluyeron de manera confiable desde la impresora y el capacitor funcionó. Aeby dice:"Como investigadores, no queremos simplemente jugar, también queremos comprender lo que sucede dentro de nuestros materiales ".

Junto con su supervisor, Gustav Nyström, Aeby desarrolló e implementó el concepto de un dispositivo de almacenamiento de electricidad biodegradable. Aeby estudió ingeniería de microsistemas en EPFL y llegó a Empa para su doctorado. Nyström y su equipo han estado investigando geles funcionales basados ​​en nanocelulosa durante algún tiempo. El material no solo es respetuoso con el medio ambiente, materia prima renovable, pero 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 la financiación interna de Empa con nuestro proyecto, Baterías de papel impreso, y pudimos iniciar nuestras actividades con esta financiación. Ahora hemos logrado nuestro primer objetivo ".

Aplicación en Internet de las cosas

El supercondensador pronto podría convertirse en un componente clave para el Internet de las cosas, Nyström y Aeby esperan. "En el futuro, Dichos condensadores podrían cargarse brevemente utilizando un campo electromagnético, por ejemplo, luego podrían proporcionar energía para un sensor o un microtransmisor durante horas ". Esto podría usarse, por ejemplo, para comprobar el contenido de los paquetes individuales durante el envío. También es posible alimentar sensores en el monitoreo ambiental o la agricultura; no es necesario volver a recolectar 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 generalizado de los diagnósticos de laboratorio cercanos al paciente ("pruebas en el punto de atención"), que actualmente está en auge. Entre ellos se encuentran pequeños dispositivos de prueba para usar junto a la cama o dispositivos de autoevaluación para diabéticos. "Un condensador de celulosa desechable también podría ser adecuado para estas aplicaciones, "dice Gustav Nyström.