¿Qué es "Papertronics"? ¿Por qué los investigadores miran al papel como una fuente de batería?

Parece que cada pocos meses hay un nuevo teléfono celular, computadora portátil o tableta que es tan emocionante que la gente hace fila alrededor de la cuadra para ponerla en sus manos. Si bien la introducción perpetua de productos electrónicos nuevos, ligeramente más avanzados, ha hecho que empresas como Apple tengan un gran éxito, la corta vida útil de estos productos electrónicos es perjudicial para el medio ambiente.

La electrónica moderna está llena de placas de circuito en las que varios metales y plásticos se sueldan. Algunos de estos materiales son tóxicos o se descomponen en sustancias tóxicas. Se están realizando esfuerzos para impulsar el reciclaje de desechos electrónicos, la recuperación de materiales que se pueden reutilizar y la eliminación adecuada del resto. Pero la mayoría de los dispositivos terminan agregados a las crecientes pilas de desechos electrónicos en los vertederos.

En lugar de agregar más basura a estas pilas en constante crecimiento, existe la oportunidad de crear productos electrónicos que sean biodegradables. Es por eso que otros investigadores y yo estamos viendo el campo emergente de la electrónica basada en papel, conocida como "papertronics". Son flexibles, incluso plegables, sostenibles, amigables con el medio ambiente y de bajo costo.

Pero para ser verdaderamente respetuosos con el medio ambiente, Papertronics no puede usar baterías tradicionales, que están hechas de metales y ácidos cáusticos, para almacenar y descargar la electricidad. Recientemente, mi colega químico Omowunmi Sadik y yo desarrollamos una batería de papel que es reciclable y biodegradable, y lo suficientemente confiable como para usarla. La clave es la bacteria.

Bio-baterías flexibles

He desarrollado baterías flexibles, baterías alimentadas por saliva y más. Pensé que cuando buscaba alimentar la electrónica basada en papel, tenía sentido intentar hacer una batería con papel. Afortunadamente, el papel es un buen material de batería potencial: es flexible, es un buen aislante, lo que lo convierte en una buena plataforma para montar componentes electrónicos, y absorbe y libera fluidos fácilmente. Agregamos polímeros (ácido poli (ácido amic) y poli (dianhídrido piromelítico-p-fenilendiamina)) para mejorar esas características eléctricas.

Luego, para almacenar energía en la batería, en lugar de los metales y ácidos que reaccionan químicamente para generar electrones, agregamos bacterias. Cuando finalmente se comercialicen estas baterías, utilizarán bacterias que son seguras para los seres humanos y el medio ambiente y están bien contenidas para reducir cualquier otra contaminación.

Debido a que el papel es áspero y poroso, las bacterias se adhieren a él y generan su propia energía al descomponer casi cualquier material orgánico disponible, incluido el material vegetal o las aguas residuales. En este momento, estamos empaquetando material de origen, pero también podría provenir del medio ambiente. Esta reacción química produce electrones. Normalmente, en una reacción bacteriana, esos electrones se enlazan con el oxígeno, pero hemos construido nuestra batería para limitar el oxígeno y sustituirlo por un electrodo, lo que significa que podemos capturar el flujo de electrones y usarlo para alimentar dispositivos.

Nos preocupaba que el oxígeno pudiera penetrar en el papel e interrumpir el flujo de electrones entre las bacterias, disminuyendo la eficiencia de la batería. Encontramos que mientras eso sucede, tiene efectos mínimos. Esto se debe a que muchas células bacterianas están muy unidas a las fibras de papel; forman un biofilm multicapa que protege la reacción química de la mayor parte del oxígeno.

También queríamos una batería que pudiera biodegradarse. Las bacterias en la propia batería, una vez que terminan de liberar energía, pueden descomponer el papel y los polímeros en componentes inocuos. En el agua, nuestra batería se biodegradó fácilmente, sin ningún equipo especial u otros microorganismos para ayudar en la avería.

Las estructuras de papel de polímero son livianas, de bajo costo y flexibles. Esa flexibilidad también permite que las baterías se plieguen como una hoja de papel normal, o se apilen unas encima de otras. Eso permite que más energía de la batería encaje en espacios más pequeños.

Promesas y Oportunidades

Papertronics puede ser particularmente útil en áreas remotas con recursos limitados porque son impulsados ​​por bacterias que pueden habitar incluso las condiciones más extremas y descomponer casi cualquier material para producir electrones. Tampoco necesitan una red eléctrica bien establecida. Además, aunque las baterías de papel están diseñadas para ser desechables después de su uso, sus materiales son reciclables, y se pueden crear nuevas baterías a partir de papel reciclado.

Tan revolucionario como las baterías biológicas basadas en papel son para dispositivos electrónicos futuros, son bastante fáciles de fabricar. Los polímeros y las bacterias se pueden mezclar con el papel en los procesos de fabricación tradicionales, incluida la impresión rollo a rollo y la serigrafía, o incluso se pueden pintar o verter directamente sobre el papel.

También se pueden agregar otros materiales a las baterías de papel, como metales, semiconductores, aislantes y nanopartículas. Estas y otras sustancias pueden agregar más propiedades y capacidades a los dispositivos basados ​​en papel, abriendo nuevas puertas para la próxima generación de electrónica.

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation por Seokheun Choi. Lee el artículo original aquí.