Биоразлагаемая 3D-печатная мини-батарея: эко-энергия для будущих микроустройств

Количество микроустройств передающих данные резко возрастет в ближайшие годы. Все эти устройства нуждаются в энергии, но количество батарей сильно повлияет на окружающую среду. Исследователи разработали биоразлагаемый мини-суперконденсатор, который может решить эту проблему. Новая батарея состоит из углерода, целлюлозы, глицерина и поваренной соли и производится с помощью 3D-принтера.

Устройство печати — модифицированный коммерчески доступный 3D-принтер, который выдает смесь целлюлозных нановолокон и целлюлозных нанокристаллитов, плюс углерод в виде технического угля, графита и активированного угля. Для разжиживания всего этого исследователи используют глицерин, воду, два разных вида спирта и щепотку поваренной соли для ионной проводимости.

Для построения функционирующего суперконденсатора из этих ингредиентов нужны четыре слоя, все вытекающие из 3D-принтера одно за другим: гибкое подложка, проводящий слой, электрод и, наконец, электролит. Всё это затем складывается как сэндвич, с электролитом в центре.

Мини-суперконденсатор может хранить электричество часами и уже может питать маленькие цифровые часы. Он выдерживает тысячи циклов заряда и разряда и годы хранения, даже при отрицательных температурах, и устойчив к давлению и ударам. Когда батарея больше не нужна, её можно выбросить в компост или просто оставить в природе. Через два месяца конденсатор распадется, оставив только несколько видимых углеродных частиц.

Гелевидный материал не только экологически чистый, возобновляемый сырье, но его внутренняя химия делает его крайне универсальным. Суперконденсатор может скоро стать ключевым компонентом для Интернета вещей. Такие конденсаторы могут кратковременно заряжаться с помощью электромагнитного поля, например, а затем обеспечивать питание для сенсора или микропередатчика на часы. Это можно использовать, например, для проверки содержимого отдельных посылок при доставке. Питание сенсоров в экологическом мониторинге или сельском хозяйстве также мыслимо — нет необходимости собирать эти батареи обратно, так как они могут оставаться в природе для разложения.

Количество электронных микроустройств также будет расти из-за гораздо более широкого использования диагностики у пациента (point-of-care testing), которая сейчас переживает бум. Маленькие тестовые устройства для использования у постели больного или устройства для самодиагностики диабетиков — среди них.