Il dispositivo di fabbricazione per la rivoluzione della batteria sembra abbastanza poco appariscente:è un modificato, stampante 3D disponibile in commercio, situato in un locale dell'edificio laboratorio dell'Empa. Ma la vera innovazione risiede nella ricetta degli inchiostri gelatinosi che questa stampante può erogare su una superficie. La miscela in questione è costituita da nanofibre di cellulosa e nanocristalli di cellulosa, più carbonio sotto forma di nerofumo, grafite e carbone attivo. Per liquefare tutto questo, i ricercatori usano la glicerina, acqua e due diversi tipi di alcol. Più un pizzico di sale da cucina per la conduttività ionica.

Un panino a quattro strati

Per costruire un supercondensatore funzionante da questi ingredienti, sono necessari quattro strati, tutti fuoriescono uno dopo l'altro dalla stampante 3D:un substrato flessibile, uno strato conduttivo, l'elettrodo e infine l'elettrolita. Il tutto viene poi ripiegato come un panino, con l'elettrolita al centro.

Quello che emerge è un miracolo ecologico. Il mini-condensatore del laboratorio può immagazzinare elettricità per ore e può già alimentare un piccolo orologio digitale. Può sopportare migliaia di cicli di carica e scarica e anni di stoccaggio, anche a temperature gelide, ed è resistente alla pressione e agli urti.

Alimentazione biodegradabile

Meglio di tutto, anche se, quando non ne hai più bisogno, potresti gettarlo nel compost o semplicemente lasciarlo in natura. Dopo due mesi, il condensatore si sarà disintegrato, lasciando solo poche particelle di carbonio visibili. I ricercatori hanno già provato questo, pure.

"Sembra abbastanza semplice, ma non lo era affatto, " afferma Xavier Aeby del laboratorio Empa's Cellulose &Wood Materials. Ci sono voluti una lunga serie di test prima che tutti i parametri fossero corretti, fino a quando tutti i componenti sono usciti in modo affidabile dalla stampante e il condensatore ha funzionato. Dice Aeby:"Come ricercatori, non vogliamo solo giocherellare, vogliamo anche capire cosa sta succedendo all'interno dei nostri materiali."

Insieme al suo supervisore, Gustav Nyström, Aeby ha sviluppato e implementato il concetto di un dispositivo di accumulo di elettricità biodegradabile. Aeby ha studiato ingegneria dei microsistemi all'EPFL ed è venuto all'Empa per il suo dottorato. Nyström e il suo team stanno studiando da tempo gel funzionali a base di nanocellulosa. Il materiale non è solo un rispettoso dell'ambiente, materia prima rinnovabile, ma la sua chimica interna lo rende estremamente versatile. "Il progetto di un sistema di accumulo di energia elettrica biodegradabile mi sta a cuore da molto tempo, " racconta Nyström. "Con il nostro progetto abbiamo richiesto un finanziamento interno dell'Empa, batterie di carta stampata, e siamo stati in grado di avviare le nostre attività con questo finanziamento. Ora abbiamo raggiunto il nostro primo obiettivo".

Applicazione nell'Internet delle cose

Il supercondensatore potrebbe presto diventare un componente chiave per l'Internet of Things, Nyström e Aeby si aspettano. "Nel futuro, tali condensatori potrebbero essere caricati brevemente utilizzando un campo elettromagnetico, Per esempio, quindi potrebbero fornire energia per un sensore o un microtrasmettitore per ore." Questo potrebbe essere usato, ad esempio, per controllare il contenuto dei singoli colli durante la spedizione. È anche concepibile alimentare i sensori nel monitoraggio ambientale o nell'agricoltura:non è necessario raccogliere nuovamente queste batterie, in quanto potrebbero essere lasciati in natura a degradarsi.

Il numero di microdispositivi elettronici aumenterà anche a causa di un uso molto più diffuso della diagnostica di laboratorio vicina al paziente ("test point of care"), che attualmente è in piena espansione. Tra questi, piccoli dispositivi di test da utilizzare al capezzale o dispositivi di autotest per diabetici. "Anche un condensatore usa e getta in cellulosa potrebbe essere adatto per queste applicazioni, "dice Gustav Nyström.