Det biologisk nedbrydelige batteri, der er 3D-printet, engangs og lavet af papir

Fremstillingsanordningen til batterirevolutionen ser ret upåfaldende ud:Det er en modificeret, kommercielt tilgængelig 3D-printer, placeret i et lokale i Empa laboratoriebygningen. Men den virkelige nyskabelse ligger i opskriften på de gelatinøse blæk, som denne printer kan dispensere på en overflade. Den pågældende blanding består af cellulosenanofibre og cellulosenanokrystallitter, plus kulstof i form af kønrøg, grafit og aktivt kul. For at gøre alt dette flydende, forskerne bruger glycerin, vand og to forskellige typer alkohol. Plus en knivspids bordsalt for ionisk ledningsevne.

En sandwich på fire lag

For at bygge en fungerende superkondensator ud fra disse ingredienser, fire lag er nødvendige, alle flyder ud af 3D-printeren efter hinanden:et fleksibelt substrat, et ledende lag, elektroden og til sidst elektrolytten. Det hele bliver så foldet sammen som en sandwich, med elektrolytten i midten.

Det, der dukker op, er et økologisk mirakel. Mini-kondensatoren fra laboratoriet kan lagre elektricitet i timevis og kan allerede drive et lille digitalt ur. Den kan modstå tusindvis af opladnings- og afladningscyklusser og års opbevaring, selv i frostgrader, og er modstandsdygtig over for tryk og stød.

Biologisk nedbrydelig strømforsyning

Bedst af alt, selvom, når du ikke længere har brug for det, du kan smide det i komposten eller blot lade det ligge i naturen. Efter to måneder, kondensatoren vil være gået i opløsning, efterlader kun få synlige kulstofpartikler. Det har forskerne allerede prøvet, også.

"Det lyder ret simpelt, men det var det slet ikke, " siger Xavier Aeby fra Empas Cellulose &Wood Materials laboratorium. Det tog en længere række tests, indtil alle parametre var rigtige, indtil alle komponenterne strømmede pålideligt fra printeren og kondensatoren virkede. Aeby siger:"Som forskere, vi vil ikke bare rode om, vi vil også gerne forstå, hvad der sker inde i vores materialer."

Sammen med sin vejleder, Gustav Nyström, Aeby udviklede og implementerede konceptet med en biologisk nedbrydelig ellagringsenhed. Aeby studerede mikrosystemteknik på EPFL og kom til Empa for sin doktorgrad. Nyström og hans team har i nogen tid undersøgt funktionelle geler baseret på nanocellulose. Materialet er ikke kun et miljøvenligt, vedvarende råmateriale, men dens indre kemi gør den ekstremt alsidig. "Projektet med et bionedbrydeligt ellagringssystem har ligget mit hjerte nært i lang tid, " siger Nyström. "Vi ansøgte om Empa intern finansiering med vores projekt, Trykte papirbatterier, og var i stand til at starte vores aktiviteter med denne finansiering. Nu har vi nået vores første mål."

Applikation i tingenes internet

Superkondensatoren kan snart blive en nøglekomponent for tingenes internet, Nyström og Aeby forventer. "I fremtiden, sådanne kondensatorer kan kortvarigt oplades ved hjælp af et elektromagnetisk felt, for eksempel, så kunne de levere strøm til en sensor eller en mikrotransmitter i timevis." Dette kunne bruges, for eksempel, at kontrollere indholdet af individuelle pakker under forsendelse. Det er også muligt at drive sensorer i miljøovervågning eller landbrug – der er ingen grund til at indsamle disse batterier igen, da de kunne efterlades i naturen for at nedbrydes.

Antallet af elektroniske mikroenheder vil også stige på grund af en meget mere udbredt brug af patientnær laboratoriediagnostik ("point of care test"), som boomer i øjeblikket. Små testapparater til brug ved sengekanten eller selvtestapparater til diabetikere er blandt dem. "En engangs cellulosekondensator kunne også være velegnet til disse applikationer, siger Gustav Nyström.