可生物降解的电池

在未来几年将在封装和运输物流中,在包装和运输物流中,数据传输微量化的数量将在未来几年增加。所有这些设备都需要能量,但电池的数量会对环境产生重大影响。EMPA研究人员开发了一种可生物降解的迷你电容,可以解决问题。它由碳,纤维素,甘油和餐盐组成。它可靠地工作。

电池革命的制造装置看起来非常不合理:它是一个改进的,商业上可用的3D打印机,位于EMPA实验室建筑的房间。但是真正的创新位于凝胶状墨水的配方内,这打印机可以分配到表面上。所讨论的混合物由纤维素纳米纤维和纤维素纳米晶体组成,加上炭黑,石墨和活性炭形式的碳。为了液化所有这些,研究人员使用甘油,水和两种不同类型的酒精。加上离子电导率的少许表盐。

四层的三明治

要用这些成分构建一个功能强大的超级电容器,需要四层,所有这些层都从3D打印机中依次流出:柔性基板、导电层、电极,最后是电解液。然后整个东西像三明治一样折叠起来,中间是电解液。

出现的是一个生态奇迹。来自实验室的微型电容器可以储存数小时的电能,并且已经可以为一个小型数字时钟供电。即使在冰冻的温度下,它也能经受数千次充放电循环和数年的储存,并能抵抗压力和冲击。

生物降解电源

尽管如此,当你不再需要它时,你可以把它扔进堆肥或简单地将它留在自然界中。经过两个月后,电容器将崩解,只留下几个可见的碳颗粒。研究人员也已经尝试过这个。

Empa纤维素和木材材料实验室的Xavier Aeby说:“这听起来很简单,但一点也不简单。”它进行了一系列的测试,直到所有参数都正确,直到所有组件从打印机可靠流出,电容器工作。Aeby说:“作为研究人员,我们不想只是摆弄,我们还想了解材料内部发生了什么。”

Aeby与他的主管古斯塔夫·尼斯特罗姆(Gustav Nyström)共同开发并实施了可生物降解储能装置的概念。Aeby在EPFL学习微系统工程,并来到Empa攻读博士学位。Nyström和他的团队研究基于纳米纤维素的功能凝胶已有一段时间了。这种材料不仅是一种环保、可再生的原材料,而且其内部化学成分使其用途极其广泛。Nyström说:“生物可降解电力存储系统的项目长期以来一直是我关注的焦点。”。“我们用我们的项目印刷纸电池申请了Empa内部资金,并能够用这笔资金开始我们的活动。现在我们已经实现了我们的第一个目标。”

在事物互联网中的应用

Nyström和Aeby expect表示,超级电容器可能很快成为物联网的关键组件。“在未来,这种电容器可以使用电磁场进行短暂充电,然后它们可以为传感器或微型发射器提供数小时的电源。”例如,这可以用于在运输过程中检查单个包装的内容物。为环境监测或农业中的传感器供电也是可以想象的——不需要再次收集这些电池,因为它们可能留在自然界中降解。

由于近患者实验室诊断(“看护点测试”)的广泛使用,电子微型设备的数量也将不断增加,这一趋势目前正在蓬勃发展。其中包括床边使用的小型测试设备或糖尿病患者的自我测试设备。Gustav Nyström说:“一次性纤维素电容器也很适合这些应用。”。

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Xavier Aeb
纤维素与木材
电话+41587656134
泽维尔。aeby@empa.ch

GustavNyström博士
纤维素与木材
电话+41587654583
gustav.nystroem@empa.ch.

编辑/媒体联系人:
雷纳·克洛泽
通讯
电话+41587654733
redaktion@empa.ch

原始出版物:

X Aeby、A Poulin、G Siqueira、MK Hausmann、G Nyström;全3D打印和一次性纸质超级电容器;先进材料(2021年);doi.org/10.1002/adma.202101328

魏特瑞信息网:

https://www.empa.ch/web/s604/papierbatterieempa媒体释放
Youtube视频:生物降解电池

媒体接触

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埃帕-艾德根·塞什材料公司-和福松圣塔公司(Empa-Eidgenössiche Materialprüfungs-und Forschung Sanstalt)
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