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Pilas hechas de papel normal
El papel común se puede convertir en un electrodo de batería simplemente sumergiéndolo en tintas de nanotubos de carbono. Los electrodos resultantes, que son fuertes, flexibles y altamente conductores, podrían usarse para fabricar dispositivos de almacenamiento de energía baratos para alimentar dispositivos electrónicos portátiles.
Tinta de nanotubos: Este papel de oficina se ha pintado con tinta negra de nanotubos de carbono.
Ahora es posible imprimir circuitos y pantallas livianos para dispositivos electrónicos como lectores electrónicos, pero las baterías convencionales aún pesan estos dispositivos. Los nanotubos de carbono son un material prometedor para imprimir baterías porque, además de su resistencia, peso ligero y conductividad, pueden almacenar una gran cantidad de energía, una cualidad que ayuda a que los dispositivos electrónicos portátiles funcionen más tiempo entre cargas.
Ahora un grupo de investigadores de la Universidad de Stanford, dirigido por el profesor de ciencia de los materiales Yi Cui , han demostrado que el papel de oficina ordinario absorbe los nanotubos de carbono como una esponja y se puede convertir en electrodos para baterías y supercondensadores. La ventaja del papel, dice Cui, es que es barato e interactúa fuertemente con los nanotubos sin la necesidad de agregar aditivos a la tinta. Aprovechamos la estructura porosa del papel, dice Cui. Los nanotubos de carbono se absorben en el papel y se adhieren con mucha fuerza.
Una vez que el papel se sumerge en la tinta de nanotubos y se seca al aire, se vuelve altamente conductor. El grupo de Stanford probó las películas delgadas como electrodos en supercondensadores y descubrió que podían almacenar más energía total y operar a corrientes más altas que los dispositivos de nanotubos impresos anteriores. Joel Schindall , profesor de ingeniería eléctrica e informática en el MIT, dice que los supercondensadores de papel almacenan una cantidad de carga sorprendentemente alta. El grupo de Stanford también probó los electrodos de papel como colectores de corriente en baterías de iones de litio. Su rendimiento coincidió con el de los colectores de corriente de metal utilizados en estas baterías, aunque los colectores de metal son mucho más pesados. Este trabajo se describe esta semana en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .
Otros grupos han trabajado en el uso del papel como sustrato para la fabricación de electrodos. Sin embargo, los intentos anteriores de construir dispositivos de nanotubos en papel fueron mucho más complicados, dice Cui, y requirieron hacer crecer los nanotubos en el papel o usar fórmulas de papel novedosas como punto de partida. El método de inmersión es simple y agradable, dice Nicolás Kotov , profesor de ingeniería química en la Universidad de Michigan.
Electrodo de papel: Los nanotubos se absorben en el papel y se unen fuertemente a las fibras de celulosa, como se muestra en esta micrografía electrónica de barrido.
Cui dice que los electrodos de nanotubos de papel son robustos. Aunque el papel sin tratar se disuelve en agua, el papel tratado con nanotubos no lo hará y los nanotubos no se desprenden cuando se raya o se enrolla. El supercondensador ha sido probado en más de 40.000 ciclos de carga durante seis meses y todavía está funcionando, dice Cui.
Los investigadores de Stanford ahora están trabajando para mejorar el rendimiento de sus dispositivos y están probando diferentes métodos y materiales de impresión. Hasta ahora, Cui ha utilizado una tinta compuesta por una mezcla de nanotubos semiconductores y metálicos. Es probable que las tintas puramente metálicas funcionen mejor, pero son más caras. El grupo también está experimentando con diferentes formas de unir nanotubos y papel, incluida la pintura de las tintas con un bolígrafo o pincel para hacer patrones complejos.