La batteria biodegradabile

L'impianto di fabbricazione per la rivoluzione delle batterie sembra abbastanza innocuo: Si tratta di una stampante 3D modificata, disponibile in commercio, che si trova in una stanza nell'edificio del laboratorio dell'Empa. La vera innovazione sta nella ricetta degli inchiostri gelatinosi che questa stampante può spruzzare su una superficie. La miscela coinvolta è composta da nanofibre di cellulosa e nanocristalliti di cellulosa, più carbonio sotto forma di fuliggine, grafite e carbone attivo. Per liquefare tutto questo, i ricercatori usano glicerina, acqua e due diversi tipi di alcol. Più un pizzico di sale da cucina per la conducibilità ionica.

Un sandwich di quattro strati

Per costruire un supercapacitore funzionante da questi ingredienti, sono necessari quattro strati, tutti usciti dalla stampante 3D uno dopo l'altro: un film flessibile, uno strato conduttore di corrente, poi l'elettrodo e infine l'elettrolita. Il tutto viene poi ripiegato come un panino, con l'elettrolita al centro.

Quello che emerge è un miracolo ecologico. Il mini-capacitore del laboratorio Empa può immagazzinare elettricità per ore e può già alimentare un piccolo orologio digitale. Può sopportare migliaia di cicli di carica e scarica e probabilmente anni di stoccaggio, anche a temperature di congelamento. Inoltre, il condensatore è resistente alla pressione e agli urti.

Alimentazione biodegradabile

Ma la cosa migliore è che quando non ti serve più, puoi gettarlo nel compost o semplicemente lasciarlo nella natura. Dopo due mesi, il condensatore si è disintegrato nei suoi componenti, lasciando solo alcune particelle di carbonio visibili. I ricercatori hanno già provato anche questo.

"Sembra abbastanza semplice, ma non lo è stato affatto", dice Xavier Aeby del dipartimento Cellulose & Wood Materials dell'Empa. Sono state necessarie lunghe serie di prove fino a quando tutti i parametri erano giusti, fino a quando tutti i componenti scorrevano in modo affidabile dalla stampante e il condensatore finalmente funzionava. Aeby: "Come ricercatori, non vogliamo solo provare le cose, vogliamo anche capire cosa succede all'interno dei nostri materiali.

Insieme al suo capo Gustav Nyström, Aeby ha sviluppato e implementato il concetto di stoccaggio di elettricità biodegradabile. Aeby ha studiato ingegneria dei microsistemi all'EPFL e si è trasferito all'Empa per il suo dottorato. Nyström e il suo team hanno fatto ricerche sui gel funzionali basati sulla nanocellulosa per anni. Il materiale non è solo una materia prima ecologica e rinnovabile, ma anche estremamente versatile grazie alla sua chimica interna.

"Il progetto di un sistema di stoccaggio di elettricità compostabile mi stava a cuore da molto tempo", dice Nyström. "Abbiamo fatto domanda per i fondi di ricerca interni all'Empa con il nostro progetto 'Printed Paper Batteries' e siamo stati in grado di iniziare le nostre attività con questi fondi. Ora abbiamo raggiunto un primo obiettivo".

Applicazione nell'"Internet delle cose

Il supercapacitore potrebbe presto diventare un componente chiave per l'"Internet delle cose", prevedono Nyström e Aeby. "In futuro, tali condensatori potrebbero essere caricati brevemente usando un campo elettromagnetico, per esempio, e poi fornirebbero energia per un sensore o un microtrasmettitore per ore". Questo permetterebbe, per esempio, di controllare il contenuto dei singoli pacchi durante la spedizione. Anche l'alimentazione di sensori nel monitoraggio ambientale o nell'agricoltura è concepibile - non è necessario raccogliere di nuovo queste batterie, ma si potrebbe semplicemente lasciarle in natura dopo il lavoro.

I test point-of-care, che sono attualmente in piena espansione, contribuiranno anche al crescente numero di dispositivi elettronici in miniatura. Piccoli dispositivi di test da utilizzare al capezzale del letto o dispositivi di auto-test per i diabetici sono tra questi. Gustav Nyström è convinto che il condensatore di cellulosa compostabile potrebbe essere adatto anche per tali applicazioni.