O número de microdispositivos que transmitem dados vai aumentar drasticamente nos próximos anos, e esses dispositivos necessitam de energia.
Dado o impacto potencial no ambiente, investigadores da Empa, Laboratórios Federais Suíços de Ciência e Tecnologia de Materiais, desenvolveram uma bateria biodegradável composta por carbono, celulose, glicerina e sal de mesa.
Xavier Aeby e Gustav Nystrom © Gian Vaitl / Empa
O dispositivo de fabricação para a produção de baterias utiliza uma impressora 3D modificada e uma receita para as tintas gelatinosas. A mistura consiste em nano fibras de celulose e nanocristalites de celulose, além de carbono sob a forma de preto carbono, grafite e carbono ativado. Para liquefazer tudo, os investigadores usam glicerina, água e dois tipos diferentes de álcool, além de uma pitada de sal de mesa para condutividade iónica.
Para construir uma bateria funcional a partir destes ingredientes, são necessárias quatro camadas impressas em 3D, que criam um substrato flexível, uma camada condutora, o elétrodo e, finalmente, o eletrólito. Depois é tudo dobrado como uma sandwich, com o eletrólito no centro.
A bateria pode armazenar eletricidade durante horas e pode alimentar um pequeno relógio digital. Pode suportar milhares de ciclos de carga e descarga e anos de armazenamento, mesmo em temperaturas geladas, e é resistente à pressão e ao choque. Quando termina o ciclo de vida, a bateria pode desintegrar-se na natureza ou pode fazer-se a compostagem da mesma.
"Parece muito simples, mas não foi de todo", diz Xavier Aeby, do laboratório de Materiais Celulose & Wood da Empa. Foi preciso uma série alargada de testes até que todos os parâmetros estivessem certos, até que todos os componentes fluíssem de forma fiável da impressora e a bateria funcionasse. Juntamente com o supervisor, Gustav Nyström, Aeby desenvolveu e implementou o conceito de um dispositivo biodegradável de armazenamento de eletricidade. Aeby estudou engenharia de microssistemas na EPFL e fez o doutoramento na Empa.
"O projeto de um sistema biodegradável de armazenamento de eletricidade está perto do meu coração há muito tempo", diz Nyström, que adianta ainda: "candidatamo-nos ao financiamento interno da Empa com o nosso projeto, as Baterias de Papel Impressas, e conseguimos iniciar as nossas atividades com este financiamento. Agora atingimos o nosso primeiro objetivo."
A bateria pode em breve tornar-se um componente para a Internet das Coisas. "No futuro, esses condensadores poderão ser brevemente carregados usando um campo eletromagnético, por exemplo, então podem fornecer energia para um sensor ou um microtransmissor durante horas." Isto poderia ser utilizado, por exemplo, para verificar o conteúdo das embalagens individuais durante o envio. A alimentação dos sensores na monitorização ambiental ou na agricultura também são uma opção, já que não há necessidade de recolher as baterias, pois podem ser deixadas na natureza para se degradarem. Há ainda uma série de aplicações possíveis nos campos médico e farmacêutico.
