O número de microdispositivos de transmissão de
dados, por exemplo, em logística de embalagem e transporte, aumentará
drasticamente nos próximos anos. Todos esses dispositivos precisam de energia,
mas a quantidade de baterias teria um grande impacto no meio ambiente. Os
pesquisadores da Empa desenvolveram um mini capacitor biodegradável que pode
resolver o problema. Ele é composto por carbono, celulose, glicerina e sal de
cozinha, e funciona de forma confiável.
O dispositivo de fabricação para a revolução da
bateria parece bastante discreto: é uma impressora 3D modificada, disponível
comercialmente, localizada em uma sala no prédio do laboratório da Empa. Mas a
verdadeira inovação está na receita das tintas gelatinosas, pois esta
impressora pode dispensar em uma superfície.
A mistura em questão é composta por nano fibras de
celulose e nano cristalitos de celulose, além de carvão na forma de negro de
fumo, grafite e carvão ativado. Para liquidificar tudo isso, os pesquisadores
usam glicerina, água e dois tipos diferentes de álcool. Além disso, usam mais
uma pitada de sal de mesa para condutividade iônica.
Um sanduíche de quatro camadas feito de celulose,
carbono e sal de cozinha.
Para construir um supercapacitor funcional a partir
desses ingredientes, são necessárias quatro camadas, todas fluindo para fora da
impressora 3D uma após a outra: um substrato flexível, uma camada condutora, o
eletrodo e, finalmente, o eletrólito. A coisa toda é então dobrada como um
sanduíche, com o eletrólito no centro.
O que surge é um milagre ecológico. O mini capacitor
do laboratório pode armazenar eletricidade por horas e já pode alimentar um
pequeno relógio digital. Ele pode suportar milhares de ciclos de carga e
descarga e anos de armazenamento, mesmo em temperaturas de congelamento, e é
resistente a pressão e choque.
Fonte de alimentação biodegradável
Gian Vaitl/Empa
O melhor de tudo, porém, quando você não precisar
mais dele, poderá jogá-lo no composto ou simplesmente deixá-lo na natureza.
Após dois meses, o capacitor terá se desintegrado, deixando apenas algumas
partículas de carbono visíveis. Os pesquisadores também já tentaram isso.
“Parece muito simples, mas não era de todo”, diz
Xavier Aeby, do laboratório de Celulose e Materiais de Madeira da Empa. Foi
necessária uma longa série de testes até que todos os parâmetros estivessem
corretos, até que todos os componentes fluíssem de forma confiável da
impressora e o capacitor funcionou. Diz Aeby: Como pesquisadores, não queremos
apenas brincar, também queremos entender o que está acontecendo dentro de
nossos materiais.”
Junto com seu supervisor, Gustav Nyström, Aeby
desenvolveu e implementou o conceito de um dispositivo de armazenamento de
eletricidade biodegradável. Aeby estudou engenharia de microssistemas na EPFL e
veio para a Empa para fazer o doutorado. Nyström e sua equipe vêm investigando géis
funcionais baseados em nanocelulose há algum tempo.
O material não é apenas uma matéria-prima renovável
e ecologicamente correta, mas sua química interna o torna extremamente
versátil. “O projeto de um sistema de armazenamento de eletricidade biodegradável
está no meu coração há muito tempo”, diz Nyström. “Solicitamos financiamento
interno da Empa com nosso projeto Baterias de Papel Impresso e conseguimos
iniciar nossas atividades com esse financiamento. Agora atingimos nosso
primeiro objetivo.”
O uso do supercapacitor feito de celulose, carbono e
sal de cozinha, na Internet das Coisas.
O supercapacitor, feito de celulose, carbono e sal
de cozinha, poderá, em breve, se tornar um componente-chave para a Internet das
Coisas, esperam Nyström e Aeby. “No futuro, esses capacitores poderiam ser
carregados brevemente usando um campo eletromagnético, por exemplo, então eles
poderiam fornecer energia para um sensor ou microtransmissor por horas”.
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