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Basta aggiungere acqua per attivare una batteria di carta usa e getta

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Fotografia di una batteria di carta a due celle stampata a stencil con un disegno che scrive il nome dell’istituto di ricerca degli autori (Empa). La batteria sta eseguendo una sveglia con display a cristalli liquidi. Credito: Alexandre Poulin.

Una batteria di carta usa e getta attivata dall’acqua viene presentata in uno studio di prova di principio in Rapporti scientifici. Gli autori suggeriscono che potrebbe essere utilizzato per alimentare un’ampia gamma di dispositivi elettronici monouso a bassa potenza, come etichette intelligenti per il tracciamento di oggetti, sensori ambientali e dispositivi diagnostici medici, e ridurre al minimo il loro impatto ambientale.

La batteria, ideata da Gustav Nyström e colleghi, è composta da almeno una cella di un centimetro quadrato e composta da tre inchiostri stampati su una striscia di carta rettangolare. Il sale di cloruro di sodio è disperso in tutta la striscia di carta e una delle sue estremità più corte è stata immersa nella cera. Un inchiostro contenente scaglie di grafite, che funge da polo positivo della batteria (catodo), viene stampato su uno dei lati piatti della carta mentre un inchiostro contenente polvere di zinco, che funge da polo negativo della batteria (anodo), viene stampato sul retro della carta. Inoltre, un inchiostro contenente scaglie di grafite e nerofumo viene stampato su entrambi i lati della carta, sopra gli altri due inchiostri. Questo inchiostro collega le estremità positive e negative della batteria a due fili, che si trovano all’estremità della carta imbevuta di cera.

Quando viene aggiunta una piccola quantità di acqua, i sali all’interno della carta si dissolvono e vengono rilasciati ioni carichi. Questi ioni attivano la batteria disperdendosi attraverso la carta, con conseguente zinco nell’inchiostro all’estremità negativa della batteria che rilascia elettroni. Il collegamento dei fili a un dispositivo elettrico chiude il circuito in modo che gli elettroni possano essere trasferiti dall’estremità negativa, tramite l’inchiostro, i fili e il dispositivo contenenti grafite e nerofumo, all’estremità positiva (l’inchiostro contenente grafite) dove vengono trasferiti all’ossigeno nell’aria circostante. Queste reazioni generano una corrente elettrica che può essere utilizzata per alimentare il dispositivo.

Basta aggiungere acqua per attivare una batteria di carta usa e getta

Fotografia di una batteria di carta a due celle stampata a stencil con un disegno che scrive il nome dell’istituto di ricerca degli autori (Empa). Entrambe le cellule sono separate da una barriera d’acqua. Credito: Alexandre Poulin.

Per dimostrare la capacità della loro batteria di far funzionare l’elettronica a bassa potenza, gli autori hanno combinato due celle in una batteria e l’hanno usata per alimentare una sveglia con un display a cristalli liquidi. L’analisi delle prestazioni di una batteria a una cella ha rivelato che dopo l’aggiunta di due gocce d’acqua, la batteria si è attivata entro 20 secondi e, quando non è collegata a un dispositivo che consuma energia, ha raggiunto una tensione stabile di 1,2 volt. La tensione di una batteria alcalina AA standard è di 1,5 volt. Dopo un’ora, le prestazioni della batteria a una cella sono notevolmente diminuite a causa dell’essiccazione della carta. Tuttavia, dopo che sono state aggiunte altre due gocce d’acqua, ha mantenuto una tensione operativa stabile di 0,5 volt per più di un’ora aggiuntiva.

Gli autori propongono che la biodegradabilità della carta e dello zinco potrebbe consentire alla loro batteria di ridurre al minimo l’impatto ambientale dell’elettronica usa e getta a bassa potenza. Suggeriscono che la sostenibilità della batteria può essere ulteriormente aumentata riducendo al minimo la quantità di zinco utilizzata nell’inchiostro, il che consente anche di controllare con precisione la quantità di elettricità generata dalla batteria.


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