Investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer han creado batería de nanoingenería a partir de celulosa. Es ligera, ultrafina, completamente flexible y puede adaptar su forma y diseño a los requerimientos de los dispositivos tecnológicos del futuro, a equipamientos médicos implantables en nuestro cuerpo o a vehículos.
Además de su capacidad para funcionar en temperaturas entre 150 grados y menos 40, este dispositivo puede ser impreso como si fuera papel. Otra de sus características es que puede funcionar al mismo tiempo como batería y como “supercondensador”. Generalmente, estos dos componentes vienen separados en la mayor parte de los sistemas eléctricos.
Su apariencia no es casual. Más del 90% de este dispositivo está hecho de celulosa, las mismas células de la planta que encontramos en cualquier tipo de papel. Esta importante presencia de papel y el hecho de que no tenga ningún elemento químico hacen sea medioambientalmente seguro.
Los investigadores de Rensselaer imbuyeron este papel con nanotubos de carbono alineados, lo que le dio la apariencia de color negro. Los nanotubos actúan como electrodos y permiten al dispositivo conducir electricidad. La batería puede proporcionar la misma potencia y duración que una pila convencional.
Asimismo, puede ser enrollada, doblada o cortada tantas veces como se quiera sin que pierda su integridad mecánica o su eficiencia. Además, es susceptible de ser apilada (como lo folios en una impresora) para que aumente su potencia total.
“Esencialmente es una hoja de papel convencional, pero está hecha de una manera muy inteligente”, uno de los autores del estudio, Robert Linhardt, en un un comunicado del Instituto Politécnico Rensselaer.
Molecularmente unido
“No hemos puesto una serie de piezas juntas, es un dispositivo integrado, los componentes están molecularmente unidos unos con otros: el nanotubo de carbono está incrustado en el papel, y el electrolito está empapado también en el papel. El resultado final es un dispositivo que parece y pesa como el papel”, puntualiza.
Para a creación de este papel han tenido que participar muchas disciplinas científicas y ha requerido expertos en ciencia de los materiales, almacenamiento de energía y química. Los resultados fueron publicados el pasado mes de agosto en Proceedings of the National Academy of Sciences.
Los investigadores han usado líquido iónico (esencialmente sal líquida) para que hiciera la función de electrolito de la batería. Este líquido iónico no contiene agua, lo que quiere decir que nada en la batería se congela o evapora. Esto permite que este papel que almacena energía sea capaz de soportar temperaturas extremas.
Además de poder ser usado en pequeños dispositivos electrónicos, su poco peso permitiría incorporarlo a coches, aviones o barcos. Por ejemplo, podría modelarse de diferentes maneras (la forma de una puerta de coche), lo que daría pie a los ingenieros a innovar.
Biocompatible
Pero quizá el avance más espectacular es que esta batería tiene la capacidad de usar la sangre humana o la orina para recargarse.
Se trata de un material extremadamente biocompatible. Eso quiere decir, según sus creadores, que potencialmente puede funcionar como suministrador de energía en dispositivos artificiales implantados en nuestro cuerpo.
El equipo de investigación, “imprimió” en sus pruebas baterías de papel sin electrolitos y fueron capaces de demostrar que la sangre o la orina humana hacían esa función, que originalmente realizaba el líquido iónico, y activaban la batería.
“Esta es la manera de alimentar pequeños dispositivos sin introducir en nuestro cuerpo elementos químicos agresivos, como los que solemos encontrar en las baterías convencionales”, afirma Victor Pushparaj, que ha participado también en este trabajo.
Los materiales usados para la creación de la batería de papel son baratos, pero todavía no se ha podido idear una manera de fabricarla de manera masiva, industrial y económicamente viable. La idea es fabricarla por rollos, como el sistema usado para imprimir un periódico.
“Creemos que esta tecnología es perfecta para el mercado energético actual, así como para la industria electrónica, que siempre se mueve hacia fuentes de energía más pequeñas, ligeras y potentes. Nuestro invento puede ser usado en muchas aplicaciones”, asegura Pulickel M Ajayan, que es coautor del trabajo.
La pila de papel ya ha sido patentada. Ahora sus creadores trabajan en mejorar la eficiencia de las baterías y los condensadores, así como en diferentes técnicas para su fabricación.
Además de su capacidad para funcionar en temperaturas entre 150 grados y menos 40, este dispositivo puede ser impreso como si fuera papel. Otra de sus características es que puede funcionar al mismo tiempo como batería y como “supercondensador”. Generalmente, estos dos componentes vienen separados en la mayor parte de los sistemas eléctricos.
Su apariencia no es casual. Más del 90% de este dispositivo está hecho de celulosa, las mismas células de la planta que encontramos en cualquier tipo de papel. Esta importante presencia de papel y el hecho de que no tenga ningún elemento químico hacen sea medioambientalmente seguro.
Los investigadores de Rensselaer imbuyeron este papel con nanotubos de carbono alineados, lo que le dio la apariencia de color negro. Los nanotubos actúan como electrodos y permiten al dispositivo conducir electricidad. La batería puede proporcionar la misma potencia y duración que una pila convencional.
Asimismo, puede ser enrollada, doblada o cortada tantas veces como se quiera sin que pierda su integridad mecánica o su eficiencia. Además, es susceptible de ser apilada (como lo folios en una impresora) para que aumente su potencia total.
“Esencialmente es una hoja de papel convencional, pero está hecha de una manera muy inteligente”, uno de los autores del estudio, Robert Linhardt, en un un comunicado del Instituto Politécnico Rensselaer.
Molecularmente unido
“No hemos puesto una serie de piezas juntas, es un dispositivo integrado, los componentes están molecularmente unidos unos con otros: el nanotubo de carbono está incrustado en el papel, y el electrolito está empapado también en el papel. El resultado final es un dispositivo que parece y pesa como el papel”, puntualiza.
Para a creación de este papel han tenido que participar muchas disciplinas científicas y ha requerido expertos en ciencia de los materiales, almacenamiento de energía y química. Los resultados fueron publicados el pasado mes de agosto en Proceedings of the National Academy of Sciences.
Los investigadores han usado líquido iónico (esencialmente sal líquida) para que hiciera la función de electrolito de la batería. Este líquido iónico no contiene agua, lo que quiere decir que nada en la batería se congela o evapora. Esto permite que este papel que almacena energía sea capaz de soportar temperaturas extremas.
Además de poder ser usado en pequeños dispositivos electrónicos, su poco peso permitiría incorporarlo a coches, aviones o barcos. Por ejemplo, podría modelarse de diferentes maneras (la forma de una puerta de coche), lo que daría pie a los ingenieros a innovar.
Biocompatible
Pero quizá el avance más espectacular es que esta batería tiene la capacidad de usar la sangre humana o la orina para recargarse.
Se trata de un material extremadamente biocompatible. Eso quiere decir, según sus creadores, que potencialmente puede funcionar como suministrador de energía en dispositivos artificiales implantados en nuestro cuerpo.
El equipo de investigación, “imprimió” en sus pruebas baterías de papel sin electrolitos y fueron capaces de demostrar que la sangre o la orina humana hacían esa función, que originalmente realizaba el líquido iónico, y activaban la batería.
“Esta es la manera de alimentar pequeños dispositivos sin introducir en nuestro cuerpo elementos químicos agresivos, como los que solemos encontrar en las baterías convencionales”, afirma Victor Pushparaj, que ha participado también en este trabajo.
Los materiales usados para la creación de la batería de papel son baratos, pero todavía no se ha podido idear una manera de fabricarla de manera masiva, industrial y económicamente viable. La idea es fabricarla por rollos, como el sistema usado para imprimir un periódico.
“Creemos que esta tecnología es perfecta para el mercado energético actual, así como para la industria electrónica, que siempre se mueve hacia fuentes de energía más pequeñas, ligeras y potentes. Nuestro invento puede ser usado en muchas aplicaciones”, asegura Pulickel M Ajayan, que es coautor del trabajo.
La pila de papel ya ha sido patentada. Ahora sus creadores trabajan en mejorar la eficiencia de las baterías y los condensadores, así como en diferentes técnicas para su fabricación.