Baterías de papel desechables de bajo costo


En pocas palabras, las baterías de papel están hechas de papel de celulosa y nanotubos de carbono. A través de un proceso llamado carbonización que convierte el papel en carbono puro, los investigadores convirtieron las fibras de papel en electrodos. Dichos sistemas pueden transformarse en baterías recargables que alimentan teléfonos móviles, equipos médicos y otros dispositivos nanoelectrónicos. Tales baterías pueden reducir en gran medida la contaminación ambiental causada por las baterías tradicionales. La batería se activa con agua y podría aplicarse a una amplia gama de dispositivos electrónicos desechables.

¿Como funciona?

Esta batería, desarrollada por Gustav Nyström y sus colegas, consta de al menos una celda de un centímetro cuadrado y está hecha de tres tintas que se han impreso en una hoja de papel rectangular. La tira de papel está recubierta con sal de cloruro de sodio y uno de sus extremos más cortos se ha sumergido en cera. Uno de los lados planos de la tarjeta está impreso con tinta que contiene escamas de grafito, que actúa como el extremo positivo de la batería (cátodo). El otro lado está impreso con tinta que contiene polvo de zinc, que actúa como el extremo negativo de la batería (ánodo). Además, se imprime una tinta que contiene escamas de grafito y negro de humo encima de las otras dos tintas en ambos lados del papel. Esta tinta conecta los extremos positivo y negativo de la batería a dos cables colocados al final del papel empapado en cera. Las sales de papel se disuelven cuando se agrega una pequeña cantidad de agua, liberando iones cargados. Estos iones se difunden en el papel para activar la batería, lo que hace que el zinc de la tinta en el extremo negativo de la batería libere electrones. Conectar los cables a un dispositivo eléctrico cierra el circuito para que los electrones puedan transferirse desde el extremo negativo a través del grafito y (la tinta, los cables y el dispositivo que contiene negro de humo) hasta el extremo positivo (la tinta que contiene grafito) donde se transfieren a el oxígeno en el aire circundante. Estas reacciones generan una corriente eléctrica que se puede utilizar para alimentar el dispositivo.

Figura Batería de papel utilizada para alimentar un despertador.  (Crédito de la imagen: newsscientst.com/..)
Figura: Batería de papel utilizada para alimentar un despertador. (Crédito de la imagen: newsscientst.com/..)

Para demostrar la capacidad de su batería para hacer funcionar dispositivos electrónicos de bajo consumo, los autores combinaron dos celdas en una batería y la usaron para alimentar un reloj despertador con pantalla de cristal líquido. El análisis de rendimiento de una batería de una celda reveló que después de agregar dos gotas de agua, la batería se activó en 20 segundos y, cuando no estaba conectada a un dispositivo que consumiera energía, alcanzó un voltaje estable de 1,2 voltios. El voltaje de la 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 agregar dos gotas más de agua, mantuvo un voltaje operativo estable de 0,5 voltios durante más de una hora más.

Ventajas

  1. Las baterías de papel son delgadas, resistentes y flexibles.
  2. Luz.
  3. Se pueden cortar, enrollar y darles cualquier forma.
  4. Las pilas de papel no son tóxicas y son respetuosas con el medio ambiente. Por lo tanto, pueden alimentar un marcapasos.
  5. Las baterías de papel proporcionan energía constante.
  6. Vienen en muchas formas.

Desventajas

  1. Tienen baja resistencia al corte. Como resultado, se rasgaron fácilmente.
  2. Los métodos (por ejemplo, descarga de arco, CVD, ablación, electrólisis) utilizados en la producción de nanotubos de carbono son costosos y menos eficientes. Son dañinos para los humanos si se inhalan.

Aplicaciones

  1. Podría usarse para alimentar una amplia variedad de dispositivos electrónicos desechables de bajo consumo.
  2. Etiquetas inteligentes para rastrear artículos 3) Sensores ambientales.
  3. Dispositivos de diagnóstico médico.
  4. Yeso médico.
  5. Tarjeta melódica.
  6. etiqueta RFID.

Conclusión

La biodegradabilidad del papel y el zinc podría permitir que su batería minimice la contaminación ambiental. Por lo tanto, estas baterías electrónicas de bajo consumo pueden aumentar la eficiencia de la electrónica de potencia y reducir en gran medida el costo de las baterías.


Vinyak Ramachandra Adcolí es BE en Producción Industrial y ha sido profesor en tres politécnicos diferentes durante 10 años. También soy escritor y dibujante freelance.