Un equipo de investigadores de los Laboratorios Federales Suizos de Ciencia y Tecnología de los Materiales (EMPA, por sus siglas en inglés) ha desarrollado una batería de papel desechable que se activa con el agua.
El equipo sugiere que podría utilizarse para alimentar una amplia gama de dispositivos electrónicos desechables de bajo consumo y de un solo uso, como etiquetas inteligentes para el seguimiento de objetos, sensores ambientales y dispositivos de diagnóstico médico, y minimizar su impacto ambiental.
El estudio,publicadopor EMPA, indica que la batería de papel está compuesta por dos celdas electroquímicas en ambos extremos de la tira de papel, separadas por una barrera de agua (entre las letras m y p de la imagen principal) y conectadas en serie.
La pila, ideada por Gustav Nyström, está formada por al menos una célula que mide un centímetro cuadrado y está compuesta por tres tintas impresas en una tira de papel rectangular.
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Su funcionamiento
La sal, como cloruro de sodio o sal de mesa, está dispersa por la tira de papel y uno de sus extremos más cortos se ha sumergido en cera. En una de las caras planas se imprime una tinta que contiene copos de grafito y que actúa como el extremo positivo de la pila (cátodo), mientras que en el reverso se imprime otra que contiene polvo de zinc, y que actúa como el extremo negativo de la pila (ánodo).
Otra tinta que contiene copos de grafito se imprime en ambas caras, encima de las otras dos, y constituye los colectores de corriente que conectan los extremos positivo y negativo de la pila a dos cables, situados en las puntas del papel bañado en cera.
Cuando se añade una pequeña cantidad de agua, las sales del papel se disuelven y se liberan iones cargados, lo que hace que el electrolito sea conductor iónico, que activan la pila al dispersarse por el papel, lo que hace que el zinc de la tinta del ánodo se oxide y libere electrones.
Al cerrar el circuito externo, estos electrones pueden transferirse desde el ánodo que contiene zinc, a través de la tinta que contiene grafito, los cables y el dispositivo, hasta el cátodo de grafito, donde se transfieren al oxígeno del aire ambiente y lo reducen.
Estas reacciones redox (reducción y oxidación) generan así una corriente eléctrica que puede utilizarse para alimentar un dispositivo eléctrico externo.
La demostración
Para demostrar la capacidad de su batería para hacer funcionar aparatos electrónicos de baja potencia, el equipo de Nyström combinó dos celdas en una sola batería para aumentar el voltaje de funcionamiento y la utilizó para alimentar un reloj despertador con pantalla de cristal líquido.
El análisis del rendimiento de la pila de una célula reveló que, tras añadir dos gotas de agua, la pila se activaba en 20 segundos y, cuando no estaba conectada a un dispositivo que consumiera energía, alcanzaba un voltaje estable de 1,2 voltios. El voltaje de una pila alcalina AA estándar es de 1,5 voltios.
Al cabo de una hora, el rendimiento de la pila de una célula disminuyó considerablemente debido al secado del papel. Sin embargo, después de que los investigadores añadieran dos gotas adicionales de agua, la pila mantuvo un voltaje de funcionamiento estable de 0,5 voltios durante más de una hora adicional.
Los investigadores proponen que la biodegradabilidad del papel y el zinc podría permitir que su pila minimizara el impacto medioambiental de la electrónica desechable de bajo consumo.
«Lo especial de nuestra nueva pila es que, a diferencia de muchas pilas de metal-aire que utilizan una lámina metálica que se consume gradualmente a medida que la pila se agota, nuestro diseño permite añadir a la tinta solo la cantidad de zinc que realmente se necesita para la aplicación específica. Por eso, cuanto más zinc contenga, más tiempo podrá funcionar la pila»
Gustav Nyström, investigador del EMPA
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Redacción | Antonio Vilela
