Los científicos inventan una batería de papel: solo agregue agua

Los productos electrónicos desechados se están acumulando rápidamente, lo que empuja a los investigadores a explorar formas creativas de reducir estos desechos electrónicos. Ahora, un equipo ha creado una batería desechable activada por agua hecha de papel y otros materiales sostenibles.

Los cables, las pantallas y las baterías que componen nuestros dispositivos, sin mencionar el plástico, el metal y otros materiales que los encierran, están llenando vertederos de desechos peligrosos. Algunos desechos electrónicos son relativamente grandes: teléfonos plegables viejos y acondicionadores de aire, por ejemplo. Otros desechos electrónicos son más insidiosos, como los kits electrónicos de diagnóstico médico de un solo uso, los sensores ambientales y las etiquetas inteligentes que contienen baterías desechables y otros equipos.

“Son estas baterías pequeñas las que son grandes problemas”, dice Dele Ogunseitan, científico de salud pública de la Universidad de California, Irvine, quien es investigador de tecnología verde y asesor de las principales compañías tecnológicas y no participó en el desarrollo de la batería. “Nadie realmente presta atención a dónde terminan”.

Los investigadores del Laboratorio de Materiales de Celulosa y Madera de los Laboratorios Federales Suizos de Ciencia y Tecnología de Materiales (Empa) están trabajando para abordar este problema. Su nuevo papel en Informes científicos describe una batería de papel activada por agua desarrollada a partir de materiales ecológicos que eventualmente podría presentar una alternativa sostenible a las baterías más dañinas comunes en dispositivos de bajo consumo.

La batería de papel tiene los mismos componentes clave que las baterías estándar, pero los empaqueta de manera diferente. Al igual que una batería química típica, tiene un lado cargado positivamente llamado cátodo, un lado cargado negativamente llamado ánodo y un material conductor llamado electrolito entre los dos. Los componentes de una batería tradicional están revestidos de plástico y metal; en la batería nueva, el ánodo y el cátodo son tintas impresas en el anverso y reverso de una hoja de papel. Ese papel está infundido con sal, que se disuelve cuando el papel se humedece con agua. La solución de agua salada resultante actúa como electrolito.

Los materiales sostenibles eran un requisito previo para los investigadores, que consideraron solo ingredientes no tóxicos y abundantes para crear su dispositivo. "Estábamos bastante seguros de que tendríamos algo que al final funcionaría, pero el desarrollo de estos materiales y sistemas de tinta está lejos de ser trivial", dice Gustav Nyström, director del Laboratorio de Materiales de Celulosa y Madera y autor principal del estudio. Después de probar cientos de formulaciones para los componentes de la batería, los investigadores se decidieron por una tinta de grafito para hacer el cátodo, una tinta de zinc para el ánodo y papel infundido con sal para crear el electrolito.

Cuando el papel está seco, la batería es estable. Sin embargo, agregue solo un par de gotas de agua y la sal grabada se disuelve, permitiendo que los electrones fluyan. Una vez que el papel se humedece, la batería se activa en 20 segundos. En ese momento, si la batería no está conectada a un dispositivo electrónico, tiene un voltaje constante de 1,2 voltios. (A modo de comparación, las pilas AA tienen un voltaje de aproximadamente 1,5 voltios). El rendimiento operativo de la pila nueva disminuye a medida que se seca el papel. Cuando los científicos volvieron a humedecer el papel durante las pruebas, la batería recuperó su funcionalidad y duró una hora antes de comenzar a secarse nuevamente.

Aunque los investigadores demostraron que su batería podría alimentar un reloj despertador, es poco probable que las baterías de papel desechables reemplacen a las AA estándar en los estantes de las tiendas. En su lugar, Nyström prevé un futuro en el que estas baterías estén integradas en pruebas de diagnóstico y sensores ambientales, idealmente con otros componentes sostenibles como pantallas y embalajes.

Ese futuro puede no estar tan lejos. Es difícil predecir una línea de tiempo para la fabricación de estos artículos a escala, pero Nyström dice que está en contacto con socios potenciales de la industria y cree que estas baterías podrían convertirse en productos dentro de los próximos dos a cinco años. “Creo que el rendimiento que ves en este dispositivo ya es suficiente para muchas de estas aplicaciones”, dice. Se trata principalmente de aumentar la producción e integrar las baterías en sistemas como pruebas de diagnóstico y sensores ambientales.

“Este es un trabajo que realmente comienza con el desarrollo de materiales sostenibles”, explica Nyström. A partir de ahí, dice, “creo que pudimos crear algo que es bastante útil”.