3D-geprinte biologisch afbreekbare batterij

Het aantal data verzendende microdevices zal de komende jaren sterk toenemen. Al deze apparaten hebben energie nodig, maar het aantal batterijen zou een grote impact hebben op het milieu. Onderzoekers hebben een biologisch afbreekbare minicondensator ontwikkeld die het probleem kan oplossen. De nieuwe batterij bestaat uit koolstof, cellulose, glycerine en keukenzout en is gemaakt met een 3D-printer.

Het fabricageapparaat is een gemodificeerde, in de handel verkrijgbare 3D-printer die een mengsel van cellulose-nanovezels en cellulose-nanokristallieten afgeeft, plus koolstof in de vorm van roet, grafiet en actieve kool. Om dit alles vloeibaar te maken, gebruiken de onderzoekers glycerine, water en twee verschillende soorten alcohol, evenals een snufje keukenzout voor ionische geleidbaarheid.

Om van deze ingrediënten een functionerende supercondensator te bouwen, zijn vier lagen nodig, die allemaal de een na de ander uit de 3D-printer stromen:een flexibel substraat, een geleidende laag, de elektrode en tenslotte de elektrolyt. Het geheel wordt dan opgevouwen als een boterham, met de elektrolyt in het midden.

De minicondensator kan urenlang elektriciteit opslaan en kan al een kleine digitale klok van stroom voorzien. Het is bestand tegen duizenden laad- en ontlaadcycli en jarenlange opslag, zelfs bij temperaturen onder het vriespunt, en is bestand tegen druk en schokken. Wanneer de batterij niet langer nodig is, kan deze in de compost worden gegooid of gewoon in de natuur worden achtergelaten. Na twee maanden is de condensator uiteengevallen, waardoor er nog maar een paar zichtbare koolstofdeeltjes achterblijven.

Het gelmateriaal is niet alleen een milieuvriendelijke, hernieuwbare grondstof, maar de interne chemie maakt het ook extreem veelzijdig. De supercondensator zou binnenkort een belangrijk onderdeel kunnen worden van het internet der dingen. Dergelijke condensatoren kunnen bijvoorbeeld kort worden opgeladen met behulp van een elektromagnetisch veld en vervolgens urenlang stroom leveren aan een sensor of een microzender. Dit kan bijvoorbeeld worden gebruikt om de inhoud van afzonderlijke pakketten tijdens verzending te controleren. Het is ook denkbaar om sensoren van stroom te voorzien in milieumonitoring of landbouw - het is niet nodig om deze batterijen opnieuw in te zamelen, omdat ze in de natuur kunnen worden achtergelaten om te degraderen.

Het aantal elektronische microdevices zal ook toenemen door een veel wijdverbreider gebruik van near-patient laboratoriumdiagnostiek (point-of-care testing), dat momenteel een hoge vlucht neemt. Hiertoe behoren kleine testapparaten voor gebruik aan het bed of zelftestapparaten voor diabetici.