Investigadores de los Laboratorios Federales Suizos de Ciencia y Tecnología de los Materiales (EMPA) han utilizado la impresión 3D para crear una nueva clase de supercondensadores sostenibles. La batería impresa totalmente en 3D, compuesta por un sustrato flexible de celulosa y glicerina, estampado con tinta conductora de carbono y grafito, es capaz de soportar miles de ciclos de carga manteniendo su capacidad. Gracias a su base biodegradable, la novedosa célula también puede convertirse en abono una vez terminada, lo que la convierte potencialmente en una herramienta ideal para abordar los problemas de los residuos electrónicos en el mundo. Según los científicos de la EMPA, el reciente auge de los wearables electrónicos, los envases y las aplicaciones del Internet de las Cosas (IoT), ha hecho que el número mundial de estos dispositivos ascienda a 27.000 millones. Sin embargo, dado su corto ciclo de vida y el hecho de que suelen funcionar con pilas de iones de litio o alcalinas no renovables, muchos de estos productos acabarán en los vertederos, lo que agravará el problema de la "basura electrónica" mundial. Los hallazgos de los investigadores se detallan en su artículo titulado "Supercapacitores de papel totalmente impresos en 3D y desechables".
En un esfuerzo por desarrollar dispositivos de almacenamiento de energía más respetuosos con el medio ambiente, los científicos han empezado a experimentar con condensadores eléctricos de doble capa, o "EDLC". Estos supercondensadores de alta capacidad y carga rápida pueden fabricarse, al menos parcialmente, con materiales biodegradables, lo que los convierte en un sustituto ideal de las baterías normales, que suelen requerir servicios especializados de eliminación.
Aunque se ha investigado mucho sobre la I+D de los EDLC, sus distintas partes, como los electrodos y los colectores de corriente, pueden ser difíciles de producir mediante un único proceso de fabricación. Además, muchos prototipos de EDLC se imprimen parcialmente en 3D, lo que obliga a un montaje o postprocesamiento largo y costoso, que los hace poco atractivos como empresas comerciales.
Para agilizar la producción de EDLC y crear una batería ecológica propia, el equipo de EMPA recurrió a la impresión 3D DIW, que utilizó para fabricar dos medias células antes de plegarlas. En la práctica, esto significó imprimir primero la base del sustrato de la unidad y, a continuación, depositar encima su electrodo y las capas conductoras de electrolito con infusión de grafito, en un proceso que, tras algunos ajustes, dio lugar a una batería funcional.
"Parece bastante sencillo, pero no lo fue en absoluto", dijo Xavier Aeby, del laboratorio de materiales de celulosa y madera de la EMPA. "Hizo falta una larga serie de pruebas hasta que todos los parámetros fueron correctos, hasta que todos los componentes fluyeron de forma fiable desde la impresora y el condensador funcionó". Y añadió: "Como investigadores, no queremos limitarnos a juguetear, también queremos entender lo que ocurre dentro de nuestros materiales".
Una vez que su prototipo de supercondensador estuvo listo, los científicos trataron de probar su retención de carga cargándolo a 0,5 V, antes de medir su tensión de superficie abierta. Según los investigadores, su dispositivo aún conservaba el 30% de su carga después de 150 horas, lo que sitúa su rendimiento "en línea con el de los supercondensadores de carbono más avanzados".
Curiosamente, los investigadores descubrieron que la capacidad de su supercondensador también fluctuó durante dos semanas después de su fabricación y luego se estabilizó, mientras que posteriormente siguió siendo funcional tras ocho meses de almacenamiento, y cuando terminaron sus experimentos e intentaron compostarlo, pudieron disolver alrededor del 50% de su masa en el transcurso de nueve semanas. Durante las pruebas, el dispositivo del equipo fue capaz de alimentar un reloj despertador de 3V bajo tensión mecánica, así como de funcionar a temperaturas muy variables. Como resultado, con más I+D, dicen que podría desplegarse a mayor escala, para alimentar de forma sostenible dispositivos inteligentes de bajo voltaje como los utilizados en la monitorización ambiental, los textiles electrónicos o las aplicaciones sanitarias.
Para más información: https://3dprintingindustry.com/news/scientists-3d-print-biodegradable-battery-with-the-potential-to-slash-electronic-waste-198196/
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