Bateria de papel é ativada com água

Redação do Site Inovação Tecnológica - 29/07/2022

A bateria de papel é composta por duas células eletroquímicas conectadas em série - nas duas extremidades da tira de papel - separadas por uma barreira de água (entre as letras "m" e "p").
[Imagem: EMPA]

Bateria carregada com água

É uma bateria descartável, que fica inativa até que você adicione algumas gotas de água.

Ela então fornece eletricidade no mesmo nível de uma pilha comum, mas com energia suficiente apenas para alimentar pequenos aparelhos.

Dá para pingar gotas adicionais de água conforme a bateria volta a secar, mas, no geral, ela é adequada para necessidades de energia por períodos curtos de tempo.

A equipe aponta como possíveis usos quaisquer dispositivos eletrônicos descartáveis, incluindo chips de rastreamento de pacotes, sensores de monitoramento ambiental, sensores médicos temporários e aplicações da internet das coisas.

Além disso, a biodegradabilidade do papel e do principal material ativo da bateria, o zinco, pode minimizar o impacto ambiental dos eletrônicos descartáveis, de brinquedos a velas de bolo que tocam música.

Alexandre Poulin e seus colegas dos Laboratórios Federais Suíços para Ciência e Tecnologia de Materiais (EMPA) sugerem que a sustentabilidade da bateria poderá ainda ser aumentada minimizando a quantidade de zinco usada, o que também permitirá que a quantidade de eletricidade gerada pela bateria seja controlada com precisão.

Esquema de funcionamento da bateria de papel acionada com água.
[Imagem: Alexandre Poulin et al. - 10.1038/s41598-022-15900-5]

Bateria de papel e tintas

Cada célula de energia da bateria mede um centímetro quadrado, sendo fabricada aplicando três tintas em uma tira de papel comum, sobre a qual é previamente disperso cloreto de sódio de forma homogênea.

Uma tinta contendo flocos de grafite, que atua como polo positivo da bateria, é impressa em um dos lados do papel, enquanto uma tinta contendo pó de zinco, que atua como polo negativo, é impressa no verso do papel.

Finalmente, uma tinta contendo flocos de grafite e negro de fumo é impressa em ambos os lados do papel, por cima das outras duas tintas. Sua função é conectar os polos positivo e negativo da bateria a dois fios de saída, localizados na extremidade. Esta conexão dos eletrodos é feita reforçando o papel com cera.

A bateria está pronta e fica inativa, podendo ser armazenada por longos períodos.

Quando uma pequena quantidade de água é adicionada, os sais dentro do papel se dissolvem, liberando íons (átomos eletricamente carregados). Esses íons ativam a bateria dispersando-se pelo papel, fazendo com que o zinco no polo negativo da bateria libere elétrons.

Quando os fios são conectados a um aparelho elétrico, o circuito é fechado, permitindo que os elétrons sejam transferidos do polo negativo - através da tinta contendo grafite e negro de fumo, dos fios e do aparelho - para o polo positivo (a tinta contendo grafite), onde são transferidos ao oxigênio do ar circundante. Essas reações geram uma corrente elétrica que pode ser usada para alimentar o aparelho.

Teste da bateria, alimentando um despertador digital.
[Imagem: Alexandre Poulin et al. - 10.1038/s41598-022-15900-5]

Funcionamento

Para demonstrar a capacidade de sua bateria de papel e água para alimentar eletrônicos de baixa potência, os pesquisadores combinaram duas células em uma bateria e a usaram para alimentar um despertador com uma tela de cristal líquido.

Após a adição de duas gotas de água, a bateria foi ativada em 20 segundos e, quando não conectada, atingiu uma tensão estável de 1,2 volt - para comparação, esta é a mesma tensão de uma pilha recarregável, enquanto a tensão de uma pilha alcalina AA comum é de 1,5 volt.

Após uma hora, o desempenho da bateria diminuiu significativamente devido à secagem do papel. No entanto, após a adição de mais duas gotas de água, ele manteve uma tensão de operação estável de 0,5 volt por mais de uma hora adicional.

A mesma equipe já havia construído uma bateria 100% biodegradável, feita de celulose, carbono e sal de cozinha.

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