La batería, ideada por Gustav Nyström y su equipo, está formada por al menos una celda de un centímetro cuadrado y compuesta por tres tintas impresas en una tira rectangular de papel. La sal, en este caso simplemente cloruro de sodio o sal de mesa, se dispersa por toda la tira de papel y uno de sus extremos más cortos se ha sumergido en cera. Una tinta que contiene escamas de grafito, que actúa como el extremo positivo de la batería (el cátodo), se imprime en uno de los lados planos del papel, mientras que una tinta que contiene polvo de zinc, que actúa como el extremo negativo de la batería (el ánodo). ), está impreso en el reverso del papel. Se imprime otra tinta que contiene escamas de grafito y negro de carbón en ambos lados del papel, encima de las otras dos tintas. Esta tinta forma los colectores de corriente que conectan los extremos positivo y negativo de la batería a dos cables, que se encuentran en el extremo del papel sumergido en cera.
Cuando se agrega una pequeña cantidad de agua, las sales dentro del papel se disuelven y se liberan iones cargados, lo que hace que el electrolito sea iónicamente conductor. Estos iones activan la batería al dispersarse a través del papel, lo que da como resultado que el zinc en la tinta en el ánodo se oxide y libere electrones. Al cerrar el circuito (externo), estos electrones se pueden transferir desde el ánodo que contiene zinc, a través de la tinta que contiene grafito y negro de carbón, los cables y el dispositivo, al cátodo de grafito donde se transfieren a. y por lo tanto reducir el oxígeno del aire ambiente. Estas reacciones redox (reducción y oxidación) generan una corriente eléctrica que puede utilizarse para alimentar un dispositivo eléctrico externo.
Prueba de concepto: una fuente de energía sostenible para la electrónica de bajo consumo
Para demostrar la capacidad de su batería para hacer funcionar dispositivos electrónicos de bajo consumo, el equipo de Nyström combinó dos celdas en una sola batería para aumentar el voltaje de funcionamiento y la utilizó para alimentar un despertador con una pantalla de cristal líquido. El análisis del rendimiento de una batería de una celda reveló que después de agregar dos gotas de agua, la batería se activaba en 20 segundos y, cuando no estaba conectada a un dispositivo que consumiera energía, alcanzaba un voltaje estable de 1,2 voltios. El voltaje de una pila alcalina AA estándar es de 1,5 voltios.
Después de una hora, el rendimiento de la batería de una celda disminuyó significativamente debido al secado del papel. Sin embargo, después de que los investigadores añadieran dos gotas de agua adicionales, la batería mantuvo un voltaje operativo estable de 0,5 voltios durante más de una hora más.
Los investigadores proponen que la biodegradabilidad del papel y el zinc podría permitir que su batería minimice el impacto ambiental de los dispositivos electrónicos desechables de bajo consumo. «Lo especial de nuestra nueva batería es que, a diferencia de muchas baterías de metal-aire que usan una lámina de metal que se consume gradualmente a medida que se agota la batería, nuestro diseño permite agregar solo la cantidad de zinc a la tinta que realmente se necesita para la función específica». aplicación», dice Nyström. Las láminas de metal eran más difíciles de controlar y no siempre se consumían por completo, lo que generaba un desperdicio de materiales. Por lo tanto, cuanto más zinc contenga la tinta, más tiempo podrá funcionar la batería.
Un punto más crítico del diseño actual de la batería con activación por agua, añade Nyström, es el tiempo que tarda la batería en secarse. «Pero estoy seguro de que esto se puede diseñar de manera diferente para solucionar este problema». Sin embargo, para aplicaciones de detección ambiental a cierta humedad o en ambientes húmedos, el secado del papel no sería un problema.
Dos tecnologías complementarias
Anteriormente, el equipo de Nyström ya había desarrollado un supercondensador degradable basado en papel que podía cargarse y descargarse miles de veces sin perder eficiencia. En comparación con las baterías del mismo peso, los supercondensadores tienen una densidad de energía que es unas 10 veces menor, mientras que al mismo tiempo tienen una densidad de potencia que es entre diez y cien veces mayor. Por lo tanto, los supercondensadores se pueden cargar y descargar mucho más rápido. También pueden soportar muchos más ciclos de carga y descarga. «Entonces, los dos dispositivos son en realidad complementarios», dice Nyström. La idea detrás de la nueva batería activada por agua era poder fabricar dispositivos que estuvieran totalmente cargados y que solo liberaran esta energía tras la activación de un estímulo, en este caso simplemente una gota de agua.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Laboratorios Federales Suizos de Ciencia y Tecnología de Materiales (EMPA). Original escrito por Michael Hagmann. Nota: El contenido se puede editar por estilo y longitud.
