Bateria Biodegradável: Inovação Sustentável

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A bateria biodegradável
Os pesquisadores constroem um mini-capacitor biodegradável que consiste em carbono, celulose,
glicerina e sal de mesa – e funciona de forma confiável.
A bateria biodegradável. Imagem: Gian Vaitl / Empa
O número de microdispositivos que transmissores de dados, por exemplo, na embalagem e na logística
de transporte, aumentará acentuadamente nos próximos anos. Todos esses dispositivos precisam de
energia, mas a quantidade de baterias teria um grande impacto no meio ambiente.
Pesquisadores da EMPA, parte do ETH, desenvolveram um mini-capacitor biodegradável que pode
resolver o problema. Consiste em carbono, celulose, glicerina e sal de mesa. E funciona de forma
confiável.
O dispositivo de fabricação para a revolução da bateria parece bastante pouco clímpico: é uma
impressora 3D modificada e comercialmente disponível, localizada em uma sala no prédio do laboratório
da Empa. Mas a verdadeira inovação está dentro da receita para as tintas gelatinosas que esta
impressora pode dispensar em uma superfície. A mistura em questão consiste em nanofibras de
celulose e nanocristalitos de celulose, além de carbono na forma de negro de fumo, grafite e carvão
ativado. Para liquefazer tudo isso, os pesquisadores usam glicerina, água e dois tipos diferentes de
álcool. Além de uma pitada de sal de mesa para condutividade iônica.
Para construir um supercapacitor funcional a partir desses ingredientes, são necessárias quatro
camadas, todas fluindo para fora da impressora 3D uma após a outra: um substrato flexível, uma
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camada condutora, o eletrodo e, finalmente, o eletrólito. A coisa toda é então dobrada como um
sanduíche, com o eletrólito no centro.
O que emerge é um milagre ecológico. O mini-capacitor do laboratório pode armazenar eletricidade por
horas e já pode alimentar um pequeno relógio digital. Ele pode suportar milhares de ciclos de carga e
descarga e anos de armazenamento, mesmo em temperaturas de congelamento, e é resistente a
pressão e choque.
Fonte de alimentação biodegradável
O melhor de tudo, porém, quando você não precisa mais dele, você poderia arremessá-lo no composto
ou simplesmente deixá-lo na natureza. Após dois meses, o capacitor terá se desintegrado, deixando
apenas algumas partículas de carbono visíveis. Os pesquisadores também já tentaram isso.
“Parece bastante simples, mas não era nada”, diz Xavier Aeby, do laboratório de Materiais de Celulose e
Madeira da Empa. Levou uma série estendida de testes até que todos os parâmetros estivessem
corretos, até que todos os componentes fluíssem de forma confiável da impressora e o capacitor
funcionasse. Diz Aeby: “Como pesquisadores, não queremos apenas mexer, também queremos
entender o que está acontecendo dentro de nossos materiais”.
Depois de dois meses enterrado no solo, o capacitor se
desintegrou, deixando apenas algumas partículas de
carbono visíveis. Imagem: Gian Vaitl/ Empa.
Depois de dois meses enterrado no solo, o capacitor se desintegrou, deixando apenas algumas
partículas de carbono visíveis. Imagem: Gian Vaitl/ Empa.
Juntamente com seu supervisor, Gustav Nystrom, Aeby desenvolveu e implementou o conceito de um
dispositivo de armazenamento de eletricidade biodegradável. Aeby estudou engenharia de
microssistemas na EPFL e veio para a Empa para seu doutorado.
Nystrom e sua equipe têm investigado géis funcionais baseados em nanocelulose por algum tempo. O
material não é apenas uma matéria-prima ambientalmente amigável e renovável, mas sua química
interna o torna extremamente versátil.
“O projeto de um sistema de armazenamento de eletricidade biodegradável está perto do meu coração
há muito tempo”, diz Nystrom. “Nós solicitamos o financiamento interno da Empa com nosso projeto,
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baterias impressas de papel impresso, e conseguimos iniciar nossas atividades com esse financiamento.
Agora alcançamos nosso primeiro objetivo.”
Aplicação na Internet das Coisas
O supercapacitor pode em breve se tornar um componente-chave para a Internet das Coisas, Nystrom e
Aeby esperam. “No futuro, esses capacitores poderiam ser carregados brevemente usando um campo
eletromagnético, por exemplo, então eles poderiam fornecer energia para um sensor ou um
microtransmissor por horas”. Isso poderia ser usado, por exemplo, para verificar o conteúdo de pacotes
individuais durante o envio. Alimentar sensores em monitoramento ambiental ou agricultura também é
concebível – não há necessidade de coletar essas baterias novamente, pois elas podem ser deixadas na
natureza para se degradar.
O número de microdispositivos eletrônicos também aumentará devido ao uso muito mais generalizado
de diagnósticos laboratoriais próximos ao paciente (“testes de ponto de atendimento”), que atualmente
está crescendo. Pequenos dispositivos de teste para uso à beira do leito ou dispositivos de autoteste
para diabéticos estão entre eles. “Um capacitor de celulose descartável também poderia ser bem
adequado para essas aplicações”, diz Gustav Nystrom.
Referência: Xavier Aeby, et al., Supercapacitores de papel impresso e descartável em 3D, materiais
avançados (2021). DOI: 10.1002/adma.202101328
Comunicado de imprensa fornecido pela EMPA
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https://www.advancedsciencenews.com/what-is-the-internet-of-things/
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202101328
https://www.empa.ch/web/s604/papierbatterie