Las baterías del futuro podrían estar hechas de papel

Los científicos han encontrado una forma de fabricar baterías de papel. Pero no espere que las baterías alimenten su vehículo eléctrico o tomen el lugar de su sistema de almacenamiento en el hogar de ion-litio.

En cambio, las baterías biodegradables basadas en papel diseñadas por un equipo de la Universidad Estatal de Binghamton de Nueva York están diseñadas para aplicaciones desechables de una sola vez "como baterías AA", dijo uno de los investigadores.

"No lo compararía con las baterías tradicionales porque la aplicación es diferente", dijo el profesor asociado Seokheun Choi del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de Binghamton. "La nuestra será para aplicaciones de bajo consumo y bajo costo como biosensores".

En un documento publicado en junio en la revista Advanced Sustainable Systems, el equipo de investigación señaló que las baterías microbianas en papel "pueden ser una excelente manera de reducir el aumento dramático de los desechos electrónicos".

Hasta ahora, sin embargo, el progreso en el desarrollo de las baterías de papel se ha visto obstaculizado por su bajo rendimiento y su cuestionable biodegradabilidad.

El concepto del equipo de la batería Binghamton utiliza ácido poliámico y dianhídrido-p-fenilendiamina polypromelítica en una red hidrófila porosa de fibras de celulosa.

De acuerdo con una investigación anterior, las células de combustible microbianas de la batería pueden activarse con agua, como la que contiene la saliva. La tecnología tiene una relación potencia / costo mucho más alta que las baterías microbianas en papel informadas anteriormente, aseguraron los investigadores.

Y la biobatería biodegrada sin instalaciones especiales, condiciones u otros microorganismos, dijeron. Choi dijo que la batería de su equipo era capaz de producir hasta 4 microvatios de potencia y 26 microamperios de corriente eléctrica por centímetro cuadrado.

Un cálculo aproximado muestra que para almacenar o entregar el pico de salida de una matriz solar residencial típica de 6 kilovatios, necesitaría alrededor de 150,000 metros cuadrados de dicha batería de papel. Si se presenta como un cuadrado, este tendría lados de alrededor de 387 metros de largo.

En teoría, podría ser posible reducirlo a un tamaño más manejable, de menos de 2,3 metros cuadrados, doblando el papel ocho veces, que es aproximadamente el límite práctico para la cantidad de veces que se puede doblar este material.

Sin embargo, está claro que las baterías en papel no representarán una amenaza para el ion-litio a corto plazo. "Esto es para aplicaciones de pequeña potencia, como biosensores de VIH, que deben eliminarse inmediatamente después de su uso", confirmó Choi.

Si bien las baterías de papel pueden estar algo lejos de la comercialización y es poco probable que compitan con las tecnologías convencionales como la de litio, podrían ser útiles para el mercado de almacenamiento de energía en general de dos maneras.

Una es que podrían ampliar la gama de dispositivos que pueden almacenar energía, lo que podría mejorar la flexibilidad de la red eléctrica. El año pasado, un documento sobre la regulación de la red en el Reino Unido recomendó que el almacenamiento debería integrarse en todo el sistema de energía.

Las baterías de papel podrían ampliar potencialmente esta capacidad de almacenamiento a fuentes muy pequeñas y transitorias de demanda eléctrica, por ejemplo, evitando la necesidad de sensores enchufables en algunas aplicaciones médicas.

Al hacer esto, las baterías de papel económicas y biodegradables podrían proporcionar un segundo beneficio: ayudar a aliviar la carga de materiales impuesta por el aumento de la electrificación.

Aunque todavía no está claro cómo la transición de un combustible fósil a un sistema de almacenamiento y de energía renovable podría hacer hincapié en el suministro de materiales como el cobalto, no hay dudas de que fabricar algunas baterías con papel podría aliviar la situación.

¿Cuánto costarán las biobaterías?

Un biosensor basado en papel del tamaño de una caja de cerillas desarrollado por Choi y sus colegas en 2015 tenía un coste de cinco centavos. Hoy en día, el concepto de batería de papel aún se encuentra en "un nivel científico", dijo Choi, con pruebas necesarias para establecer las características básicas, como la toxicidad bacteriana, el envasado, el almacenamiento y la vida útil.

El trabajo cuenta con el apoyo de una subvención de la National Science Foundation y se lleva a cabo dentro del Centro de Investigación en Tecnologías Avanzadas de Detección y Sostenibilidad Ambiental en Binghamton.

Aparte del trabajo en Binghamton, en julio, una empresa sueca de envasado llamada BillerudKorsnäs anunció que estaba trabajando con la Universidad de Uppsala en Suecia en el desarrollo de baterías de papel para ayudar con el trazado de paquetes.

"Con los electrodos basados ​​en celulosa de fibra de madera, la ambición es que en el futuro sea posible reciclar las baterías junto con sus cajas y convertirlas en cajas nuevas o baterías de papel", dijo la compañía .