Investigadores del Departamento de electrónica e Ingeniería Informática de la Universidad Estatal de Binghamton en los Estados Unidos han desarrollado una batería de papel desechable que integra bacterias en papel y genera electricidad a través de bacterias.
Figura ∣ fuente: Seokheun Choi
Seokheun Choi, un profesor asistente en el equipo, dice que la electrónica basada en papel tiene una ventaja única, que es flexible, sostenible, respetuoso del medio ambiente, barato, y tiene buenas propiedades mecánicas, dieléctricas y fluidas. La micro-electrónica y las baterías pueden proporcionar la energía para una gran variedad de dispositivos, tales como el producto de dispositivos médicos, sensores inteligentes del transporte y así sucesivamente.
El rápido desarrollo de los productos microelectrónicos y las baterías ha llevado a la innovación en el diseño de equipos electrónicos y más atención a su protección del medio ambiente. Se estima que más de 50 mil millones de equipos electrónicos se añadirán durante los próximos 5 años.
El rápido desarrollo del mismo tiempo traerá ciertos problemas, por ejemplo, debido a la corta vida del equipo, dando como resultado un gran número de problemas de procesamiento de equipos electrónicos al final de su vida útil. Se informa que las baterías de iones de litio y supercondensadores tienen las ventajas de alta densidad de energía, peso ligero y pueden ser integrados en sustratos flexibles. Sin embargo, las baterías de iones de litio están hechas de materiales tóxicos biodegradables, y el alto consumo de energía en el proceso de preparación puede causar daños al medio ambiente.
Tecnologías alternativas de recolección de energía, tales como células solares, nano-generadores y generadores termoeléctricos, también utilizan un gran número de no renovables, metales pesados refractarios y polímeros.
Consecuentemente, el equipo de Choi desarrolló una batería de papel tiene una ventaja clara, en el desecho de la batería de papel, bacterias será ' tragado ', para alcanzar la degradación. Además, Choi dijo, ' la ventaja de usar papel como sustrato de un dispositivo es que puede ser apilado/plegado a voluntad, para que pueda ser conectado en tándem o en paralelo.
' El trabajo del equipo de Choi fue apoyado por la Fundación Nacional de la ciencia (USD 300.000). Tan pronto como 2015, utilizaron electrodos de oxígeno de su propia respiración para rociar el níquel sobre papel y para desarrollar una batería que se pliega en bloques cuadrados (el tamaño de una caja del fósforo). El costo total de la batería es de sólo 5 centavos.
Reconocen que las baterías de papel proporcionan una pequeña cantidad de electricidad, pero es una gran idea poder combinar con bacterias para hacer baterías usando estos recursos ubicuos.
Recientemente, en la reunión anual Nº 256 del Congreso químico americano (19 de agosto), Choi reportó cómo se activaron las baterías biológicas y cómo mejoraron su vida útil. El principio de las células bacterianas es que la energía bioquímica almacenada en materia orgánica a través de la respiración de bacterias puede ser transformada en energía biológica.
El proceso de conversión implica una serie de reacciones que ocurren en las moléculas biológicas (portadores electrónicos). Una batería de papel bacteriana-conducida, desarrollada por el equipo de Choi, fue colocada en el papel con un liofilizado ' producción de bacterias eléctricas '. La producción de bacterias eléctricas puede transferir electrones fuera de la célula y entrar en contacto con los electrodos externos para proporcionar energía.
Para activar la batería, añaden agua o saliva. La energía máxima de la batería de papel puede alcanzar 4 µ w/cm2, densidad actual puede alcanzar 26 µ a/cm2. Choi dijo que los resultados eran mucho más altos que las baterías microbianas basadas en papel. Sin embargo, aún así, el rendimiento dinámico sigue siendo muy bajo, limitando su aplicación.
Para lograr aplicaciones comerciales, la densidad de potencia/corriente debe aumentarse en al menos 1000 veces. De hecho, el equipo Choi no es el único equipo de investigación que fabrica baterías basadas en papel. En el 2017, investigadores de España, Canadá y Estados Unidos reportaron una batería de flujo redox no metálica y biodegradable para un escenario portátil de uso único. Las baterías, que funcionan por 100 minutos, se entierran en el suelo y se tratan con la degradación microbiana, similar al compostaje del patio trasero.
La potencial desventaja de la batería, dice Choi, es que la biodegradabilidad requiere condiciones favorables para el tratamiento de vertederos.
Las baterías de papel del equipo Choi fueron degradadas por la fagocitosis bacteriana sin vertedero, y Choi dijo que sus nuevas bio-células de composite de papel-polímero se degradaron fácilmente en el agua.
Usando las baterías de papel bacterias-conducidas, Choi dice, puede entregar energía a los varios lugares, incluso donde no hay rejilla, para accionar los diodos luminosos y las calculadoras. Además, las técnicas innovadoras de la ingeniería se pueden utilizar para controlar el diámetro de las fibras en el papel, para eliminar aspereza, y para controlar transparencia, así ensanchando el área de aplicación.
La combinación de papel con entidades orgánicas, inorgánicas y biológicas amplía el alcance de las posibilidades de ingeniería y hace del papel una "plataforma viable" para la próxima generación de productos electrónicos. En la actualidad, la vida de almacenamiento de las baterías de papel es de 4 meses. El equipo Choi está tratando de mejorar la supervivencia y el rendimiento de las bacterias liofilizadas para prolongar la vida.
También han solicitado patentes y están buscando socios de la industria para promover la comercialización. ¡ cuerpo grande del cambio del papel de oficina! puede ser utilizado para hacer la protección del medio ambiente-conducida | ' Batería de papel '