Số lượng thiết bị vi mô truyền dữ liệu, chẳng hạn như trong đóng gói và hậu cần vận tải, sẽ tăng mạnh trong những năm tới. Tất cả các thiết bị này đều cần năng lượng, nhưng số lượng pin sẽ có tác động lớn đến môi trường. Các nhà nghiên cứu của Empa đã phát triển một tụ điện mini có thể phân hủy sinh học để giải quyết vấn đề. Nó bao gồm cacbon, xenlulozơ, glixerin và muối ăn. Thiết bị chế tạo là một máy in 3D đã được sửa đổi, bán sẵn trên thị trường, được đặt trong một căn phòng của phòng thí nghiệm Empa. Nhưng sự đổi mới thực sự nằm trong công thức tạo ra loại mực in sền sệt mà máy in này có thể phân phối lên bề mặt. Hỗn hợp được nói tới bao gồm các sợi nano xenlulo và tinh thể nano xenlulo, cộng với cacbon ở dạng cacbon đen, than chì và than hoạt tính. Để hóa lỏng tất cả những thứ này, các nhà nghiên cứu sử dụng glycerin, nước và hai loại cồn khác nhau. Thêm một chút muối ăn để tạo độ dẫn điện ion. Để tạo ra một siêu tụ điện hoạt động từ các thành phần này, cần bốn lớp, tất cả lần lượt chảy ra khỏi máy in 3D: lớp nền mềm dẻo, lớp dẫn điện, điện cực và cuối cùng là chất điện phân. Tất cả các lớp này sau đó được gấp lại như một chiếc bánh sandwich, với chất điện phân ở giữa. Tụ điện mini từ phòng thí nghiệm có thể lưu trữ điện trong nhiều giờ và có thể cung cấp năng lượng cho một đồng hồ kỹ thuật số nhỏ. Nó có thể chịu được hàng nghìn chu kỳ sạc và phóng điện và lưu trữ điện nhiều năm, ngay cả trong nhiệt độ đóng băng, đồng thời có khả năng chịu áp suất và sự va đập. Nguồn cung cấp năng lượng phân hủy sinh học Tuy nhiên, tốt hơn hết, khi không cần nữa, bạn có thể quăng nó vào phân bón hoặc đơn giản là để tự nhiên. Sau hai tháng, tụ điện sẽ tan rã, chỉ còn lại một vài hạt cacbon có thể nhìn thấy được. Các nhà nghiên cứu cũng đã thử điều này. Xavier Aeby làm việc tại phòng thí nghiệm Vật liệu gỗ & Xenlulo của Empa cho biết: “Nghe có vẻ khá đơn giản, nhưng hoàn toàn không phải vậy. Phải mất một loạt các thử nghiệm liên tục cho đến khi tất cả các thông số đều đúng, cho đến khi tất cả các thành phần chảy ra từ máy in tin cậy và tụ điện hoạt động. Aeby nói: "Là các nhà nghiên cứu, chúng tôi không muốn chỉ tìm hiểu, chúng tôi cũng muốn hiểu những gì đang xảy ra bên trong vật liệu của chúng tôi." Cùng với người giám sát của mình, Gustav Nyström, Aeby đã phát triển và triển khai khái niệm thiết bị lưu trữ điện có thể phân hủy sinh học. Aeby nghiên cứu kỹ thuật hệ thống vi mô tại EPFL và đến Empa để lấy bằng tiến sĩ. Nyström và nhóm của ông đã nghiên cứu gel chức năng dựa trên nanocellulose trong một thời gian. Vật liệu này không chỉ là một nguyên liệu thô có thể tái tạo, thân thiện với môi trường mà còn là chất hóa học khiến nó trở nên vô cùng linh hoạt. Nyström nói: “Dự án về một hệ thống lưu trữ điện có thể phân hủy sinh học đã gắn bó với trái tim tôi trong một thời gian dài. "Chúng tôi đã xin tài trợ của Empa cho dự án của chúng tôi, In pin giấy, và đã có thể bắt đầu các hoạt động của mình với nguồn tài trợ này. Bây giờ chúng tôi đã đạt được mục tiêu đầu tiên của mình." Ứng dụng trong Internet vạn vật (IOT) Nyström và Aeby mong đợi siêu tụ điện có thể sớm trở thành một thành phần quan trọng của IOT. "Trong tương lai, các tụ điện như vậy có thể được sạc trong thời gian ngắn bằng cách sử dụng trường điện từ, sau đó chúng có thể cung cấp năng lượng cho một cảm biến hoặc một bộ truyền dẫn vi mô trong nhiều giờ." Ví dụ, điều này có thể được sử dụng để kiểm tra nội dung của các gói hàng riêng lẻ trong quá trình vận chuyển. Việc cung cấp năng lượng cho các cảm biến trong giám sát môi trường hoặc nông nghiệp cũng có thể hình dung được - không cần phải thu thập lại những viên pin này, vì chúng có thể sẽ bị phân hủy trong tự nhiên. Số lượng thiết bị điện tử nhỏ cũng sẽ được phát triển nhờ sử dụng rộng rãi để chẩn đoán trong phòng thí nghiệm cho các bệnh nhân ("xét nghiệm ngay tại chỗ (điểm thăm khám") hiện đang bùng nổ. Các thiết bị thử nghiệm nhỏ sử dụng ở đầu giường hoặc thiết bị tự kiểm tra cho bệnh nhân tiểu đường là một trong số đó. Gustav Nyström cho biết: “Tụ điện bằng xenlulo dùng một lần cũng có thể phù hợp cho các ứng dụng này.
Nguồn:https://www.sciencedaily.com |