Sviluppata batteria in carta biodegradabile e attivata dall’acqua

Una batteria di carta riciclata attivata dall’acqua promette di avere un grande impatto sull’elettronica temporanea, utilizzata nei settori medico e industriale dove i rifiuti elettronici possono iniziare rapidamente ad accumularsi. La batteria presentata dai ricercatori è biodegradabile, realizzata con materiali sostenibili ed economica da assemblare. Inoltre, può essere prodotto in una varietà di forme e dimensioni secondo necessità.

Per darvi un’idea della potenza è bastata una batteria a due celle realizzata con questa tecnologia per alimentare una sveglia LCD. Secondo lo studio, pubblicato quest’anno su Nature, esiste un grande potenziale per l’applicazione in sensori e localizzatori a bassa potenza.

Lo studio

L’unità mostrata è una batteria di carta stampata progettata per alimentare l’elettronica monouso e per ridurre al minimo il loro impatto ambientale. La batteria si basa su una cella elettrochimica metallo-aria che utilizza lo zinco come metallo biodegradabile all’anodo, la grafite al catodo, la carta come separatore tra gli elettrodi e un elettrolita a base d’acqua.

Realizzata in carta salata con cloruro di sodio, la batteria può misurare anche solo un centimetro quadrato, e si basa su inchiostri stampati: un inchiostro contiene scaglie di grafite e funge da catodo (polo positivo), mentre un altro sull’altro lato della carta .contiene polvere di zinco e funge da anodo (polo negativo).

Un terzo inchiostro, composto da scaglie di grafite e nerofumo, è stampato su entrambi i lati, sopra gli altri due inchiostri, collegando le estremità positiva e negativa a due fili. Questi sono attaccati a un’estremità della carta, imbevuti di cera. Tutto ciò che serve, quindi, è una piccola quantità di acqua, appena due gocce. Questo dissolve i sali all’interno della carta, rilasciando ioni carichi che quindi attivano la batteria mentre viaggiano.

Il circuito viene chiuso collegando i fili al dispositivo elettrico, il che significa che gli elettroni possono essere trasferiti dai conduttori negativi a quelli positivi. Con una tensione stabile di 1,2 volt, la batteria di carta è vicina al livello di una batteria alcalina AA standard a 1,5 volt. La batteria inizia a produrre energia circa 20 secondi dopo l’aggiunta di acqua. “Questa dimostrazione dimostra che, nonostante la sua densità di potenza limitata rispetto alle tecnologie standard, la nostra batteria è ancora rilevante per un’ampia gamma di elettronica a bassa potenza e l’ecosistema dell’Internet delle cose“, scrivono i ricercatori.

Sebbene le prestazioni si deteriorino nel tempo quando la carta si asciuga, può essere integrata in una certa misura con più acqua. Con acqua in più, la batteria può ancora produrre 0,5 volt due ore dopo essere stata attivata per la prima volta.

Il prototipo è, per ora, un proof of concept, ma la batteria descritta su carta non è eccessivamente complicata da produrre. I ricercatori mirano a migliorare l’efficienza della batteria in futuro e a farla funzionare più a lungo. “Con una crescente consapevolezza del problema dei rifiuti elettronici e l’emergere di elettronica monouso per applicazioni come il rilevamento ambientale e il monitoraggio degli alimenti, c’è una crescente necessità di batterie a basso impatto ambientale“, scrivono i ricercatori. “Questo passaggio dalle tradizionali figure di merito orientate alle prestazioni crea nuove opportunità per materiali e design non convenzionali in grado di fornire un equilibrio tra prestazioni e impatto ambientale“.