Biologisch Afbreekbare 3D-Geprinte Mini-Batterij: Eco-Vriendelijke Stroom voor Toekomstige Micro-apparaten

Het aantal data-overdrachtende micro-apparaten zal in de komende jaren scherp stijgen. Al deze apparaten hebben energie nodig maar het aantal batterijen zou een grote impact hebben op het milieu. Onderzoekers hebben een biologisch afbreekbare mini-condensator ontwikkeld die het probleem kan oplossen. De nieuwe batterij bestaat uit koolstof, cellulose, glycerine, en keukenzout en wordt geproduceerd met een 3D-printer.

Het fabricageapparaat is een gewijzigde, commercieel beschikbare 3D-printer die een mengsel afgeeft van cellulose nano-vezel en cellulose nanokristallieten, plus koolstof in de vorm van roet, grafiet, en geactiveerd koolstof. Om al dit te vloeibaar te maken, gebruiken de onderzoekers glycerine, water, en twee verschillende typen alcohol alsook een snufje keukenzout voor ionische geleidbaarheid.

Om een functionerende supercondensator uit deze ingrediënten te bouwen, zijn vier lagen nodig, allemaal uit de 3D-printer vloeiend één na de andere: een flexibel substraat, een geleidende laag, de elektrode, en ten slotte het elektrolyt. Het hele ding wordt dan opgevouwen als een boterham, met het elektrolyt in het midden.

De mini-condensator kan elektriciteit uren opslaan en kan al een kleine digitale klok aandrijven. Het kan duizenden oplaad- en ontlaadcycli weerstaan en jaren opslag, zelfs bij vriezende temperaturen, en is bestendig tegen druk en schok. Wanneer de batterij niet meer nodig is, kan het op de compost gegooid worden of simpelweg in de natuur achtergelaten. Na twee maanden zal de condensator ontbindend zijn, met alleen nog een paar zichtbare koolstofdeeltjes over.

Het gelmateriaal is niet alleen een milieu-vriendelijk, hernieuwbaar grondstof maar de interne chemie maakt het extrem veelzijdig. De supercondensator kan binnenkort een cruciale component worden voor het Internet of Things. Zulke condensatoren kunnen kort opgeladen worden met een elektromagnetisch veld, bijvoorbeeld, en dan urenlang stroom leveren voor een sensor of micro-zender. Dit kan gebruikt worden, bijvoorbeeld, om de inhoud van individuele pakketten tijdens verzending te controleren. Het aandrijven van sensoren in milieu monitoring of landbouw is ook denkbaar — er is geen behoefte om deze batterijen weer in te zamelen, aangezien ze in de natuur achtergelaten kunnen worden om af te breken.

Het aantal elektronische micro-apparaten zal ook toenemen door een veel wijdere toepassing van nabij-patiënt laboratorium diagnostiek (point-of-care testing), wat momenteel boemt. Kleine testapparaten voor gebruik aan het bed of zelf-testapparaten voor diabetici zijn eronder.