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Una pila de sal y papel
Investigadores de la Universidad de Uppsala en Suecia han fabricado una batería flexible utilizando dos ingredientes comunes y baratos: celulosa y sal. La batería recargable y liviana utiliza pedazos delgados de papel (esteras prensadas de fibras de celulosa enredadas) como electrodos, mientras que una solución salina actúa como electrolito.
Poder del papel : Una nueva batería de película fina tiene electrodos hechos de papel recubierto de polímero y un electrolito hecho de papel empapado en sal. Un prototipo de laboratorio muestra la celda presionada entre portaobjetos de vidrio y empaquetada en una bolsa de aluminio.
La nueva batería debería ser barata, fácil de fabricar y respetuosa con el medio ambiente, dice el investigador principal Maria stromme . Ella sugiere que podría usarse para alimentar dispositivos de diagnóstico médico baratos o sensores en materiales de empaque o incrustados en tela. No se necesitan equipos avanzados para fabricar las baterías, dice Stromme, por lo que podrían fabricarse in situ en países en desarrollo.
La nueva batería utiliza un tipo de diseño de película delgada recargable en el que muchos otros investigadores y empresas han estado trabajando durante varios años.
Las baterías de película fina suelen utilizar electrolitos sólidos en lugar de líquidos o gel, y sus electrodos suelen estar hechos de litio combinado con metales como níquel, cobalto o manganeso. La batería de sal y papel es un reemplazo ideal para las de litio que se utilizan en muchos dispositivos portátiles de bajo consumo, como sensores inalámbricos, tarjetas inteligentes, implantes médicos y etiquetas RFID. Para estas aplicaciones, cuanto más delgada y pequeña sea la batería, mejor, dice Sara Bradford, consultora de energía y energía en Frost & Sullivan.
Las baterías de película fina tienen otras características atractivas. Tienen una larga vida útil, retienen su carga después de almacenarse durante muchos años, y pueden cargarse y descargarse decenas de miles de veces, dice Raghu Das, director ejecutivo de la empresa de investigación IDTechEX y experto en electrónica impresa, que habilita sensores inalámbricos que Puede durar décadas con un recolector de energía apropiado adjunto.
Sin embargo, solo un puñado de empresas emergentes, como Soluciones de energía infinita en Littleton, CO y Solicore en Lakeland, FL, han generado suficiente respaldo empresarial para llevar sus baterías al mercado. Cymbet en Elk River, MN, y Excellatron en Atlanta, GA, hay otros competidores fuertes con tecnologías listas para el mercado. Más de cuatro millones de baterías de película fina se enviarán este año, según un informe de mayo de 2009. reporte por la firma de investigación de mercado NanoMarkets.
La nueva batería de papel, descrita en un artículo publicado en línea en la revista Nano letras , tiene que ponerse al día. Las baterías de litio pueden entregar 4 voltios y tener densidades de energía de 200 a 300 milivatios-hora por gramo. En comparación, una sola celda de batería de papel entrega 1 voltio y puede almacenar hasta 25 milivatios-hora de energía por gramo. Cuando proporciona la corriente máxima, pierde el 6 por ciento de su capacidad de almacenamiento después de 100 ciclos de recarga. Sin embargo, Stromme dice que su equipo ya ha hecho funcionar la batería durante 1000 ciclos de recarga a una corriente más baja. También señala que estos son números de un prototipo de laboratorio inicial.
Los investigadores ahora están trabajando para optimizar la batería. Eventualmente, apilar varias celdas juntas y conectarlas en serie aumentará el voltaje. Mientras tanto, dependiendo de la aplicación, dice, podemos ajustar el tamaño y la corriente que extraemos para cumplir con esos requisitos.
Además, la batería de papel se puede recargar mucho más rápido que una batería de litio. La celulosa que utilizan Stromme y sus colegas proviene de un tipo de algas contaminantes que se encuentran en mares y lagos. Aunque las paredes celulares de las algas contienen celulosa, tiene una nanoestructura muy diferente, lo que le da 100 veces la superficie. Los investigadores recubren el papel hecho de esta celulosa con un polímero conductor y luego colocan un papel de filtro empapado en solución salina entre los electrodos de papel.
Los iones de cloro fluyen del electrodo positivo al negativo, mientras que los electrones viajan a través del circuito externo, proporcionando corriente. El electrodo de papel almacena carga mientras se recarga en decenas de segundos porque los iones fluyen rápidamente a través del electrodo delgado. Por el contrario, las baterías de litio tardan 20 minutos en recargarse. La combinación de gran capacidad y pequeño tiempo de carga es única, dice Stromme.
Bradford dice que la nueva batería de papel se encuentra en una etapa de investigación relativamente temprana en comparación con otras tecnologías de película delgada. Para que una batería tenga éxito, debe tener un buen costo y un buen proceso de fabricación, pero el rendimiento es el aspecto clave, dice. Si no se trata de una mejora en varios grados de la tecnología existente, es muy difícil rentabilizar la batería.
Stromme, mientras tanto, confía en que el diseño ecológico encontrará aplicaciones específicas. Ella dice que podría producirse comercialmente en tres años.