pila de papel

Las baterías electroquímicas pueden modificarse para integrar el uso de papel. Una batería electroquímica generalmente utiliza dos metales, separados en dos cámaras y conectados por un puente o una membrana que permite el intercambio de electrones entre los dos metales, produciendo así energía. El papel puede integrarse en las baterías electroquímicas depositando el electrodo sobre el papel y utilizándolo para contener el fluido que activa la batería. También se puede utilizar papel con patrones en las baterías electroquímicas. Esto se hace para que la batería sea más compatible con la electrónica de papel. Estas baterías tienden a producir bajo voltaje y funcionan durante períodos cortos de tiempo, pero pueden conectarse en serie para aumentar su salida y capacidad. Las baterías de papel de este tipo pueden activarse con fluidos corporales, lo que las hace muy útiles en el campo de la salud, por ejemplo, en dispositivos médicos de un solo uso o pruebas para enfermedades específicas. ^{[ 3 ]} Se ha desarrollado una batería de este tipo con una vida útil más larga para alimentar dispositivos de punto de atención para la industria de la salud. El dispositivo, que utiliza una batería de papel con un ánodo de lámina de magnesio y un cátodo de plata, se ha empleado para detectar enfermedades en pacientes como cáncer de riñón, cáncer de hígado y cáncer óseo osteoblástico. El papel se estampó mediante impresión con cera y se puede desechar fácilmente. Además, esta batería se desarrolló a bajo costo y tiene otras aplicaciones prácticas. ^{[ 5 ]}

El papel se puede utilizar en baterías de iones de litio como papel comercial común o papel mejorado con nanotubos de carbono de pared simple. El papel mejorado se utiliza como electrodo y separador, lo que da como resultado una batería robusta y flexible con excelentes capacidades de rendimiento, como un buen ciclo de carga y descarga , gran eficiencia y buena reversibilidad. El uso de papel como separador es más efectivo que el de plástico. Sin embargo, el proceso de mejora del papel puede ser complejo y costoso, dependiendo de los materiales utilizados. Se puede utilizar una película de nanotubos de carbono y nanocables de plata para recubrir papel común y crear un separador y soporte de batería más simple y económico. El papel conductor también se puede utilizar para reemplazar los productos químicos metálicos utilizados tradicionalmente. La batería resultante funciona bien, a la vez que simplifica el proceso de fabricación y reduce el costo. Las baterías de papel de iones de litio son flexibles, duraderas, recargables y producen mucha más energía que las baterías electroquímicas. A pesar de estas ventajas, todavía existen algunos inconvenientes. Para que el papel se integre con la batería de iones de litio, se requieren técnicas complejas de capas y aislamiento para que la batería funcione como se desea. Una de las razones por las que se utilizan estas técnicas complejas es para fortalecer el papel utilizado y evitar que se rompa con facilidad. Esto contribuye a la resistencia y flexibilidad generales de la batería. Estas técnicas requieren tiempo, capacitación y materiales costosos. Además, los materiales individuales necesarios no son respetuosos con el medio ambiente y requieren procedimientos de eliminación específicos. Las baterías de iones de litio de papel serían más adecuadas para aplicaciones que requieren una cantidad sustancial de energía durante un período prolongado. ^{[ 3 ]} Las baterías de iones de litio de papel pueden estar compuestas de nanotubos de carbono y una membrana a base de celulosa y producir buenos resultados, pero a un precio elevado. Otros investigadores han tenido éxito utilizando papel de carbono fabricado a partir de papel de filtro pirolizado . El papel se inserta entre el electrodo y el cátodo. El uso de un papel de carbono como capa intermedia en baterías de Li-S mejora la eficiencia y la capacidad de las baterías. El papel de carbono aumenta el área de contacto entre el cátodo y el electrodo, lo que permite un mayor flujo de electrones. Los poros en el papel permiten que los electrones viajen fácilmente al tiempo que evitan que el ánodo y el cátodo entren en contacto entre sí. Esto se traduce en una mayor potencia, capacidad de la batería y estabilidad del ciclo; estas son mejoras con respecto a las baterías de litio-azufre convencionales. El papel de carbono está hecho de papel de filtro pirolizado , que es económico de fabricar y se comporta como el papel de nanotubos de carbono de paredes múltiples utilizado en baterías. ^{[ 6 ]}

Las celdas de biocombustible funcionan de manera similar a las baterías electroquímicas, con la diferencia de que utilizan componentes como azúcar, etanol, piruvato y lactato, en lugar de metales, para facilitar las reacciones redox y producir energía eléctrica. Se utiliza papel reforzado para contener y separar los componentes positivo y negativo de la celda de biocombustible. Esta celda de biocombustible de papel se puso en marcha mucho más rápidamente que una celda de biocombustible convencional, ya que el papel poroso pudo absorber el biocombustible positivo y promover la adhesión de bacterias al mismo. Esta batería es capaz de producir una cantidad significativa de energía después de ser activada por una amplia gama de líquidos y luego desecharse. Se requiere cierto desarrollo, ya que algunos componentes son tóxicos y costosos. ^{[ 3 ]}

Los electrolitos presentes de forma natural podrían permitir el uso de baterías biocompatibles en o dentro de los cuerpos vivos. Un investigador describió las baterías de papel como “una forma de alimentar un dispositivo pequeño, como un marcapasos, sin introducir sustancias químicas agresivas —como las que se encuentran habitualmente en las baterías— en el cuerpo”. ^{[ 7 ]}

Su capacidad para utilizar los electrolitos de la sangre los hace potencialmente útiles para dispositivos médicos como marcapasos , equipos de diagnóstico médico y parches transdérmicos para la administración de fármacos . La empresa alemana de atención médica KSW Microtech está utilizando este material para alimentar sistemas de monitorización de la temperatura del flujo sanguíneo .

La tecnología de baterías de papel se puede utilizar en supercondensadores . ^{[ 8 ] [ 9 ]} Los supercondensadores funcionan y se fabrican de forma similar a las baterías electroquímicas, pero generalmente ofrecen un mayor rendimiento y son recargables. El papel, o papel mejorado, se puede utilizar para desarrollar supercondensadores delgados, flexibles, ligeros y económicos. El papel mejorado con nanotubos de carbono suele preferirse al papel común, ya que tiene mayor resistencia y permite una transferencia de electrones más sencilla entre los dos metales. El electrolito y el electrodo se integran en el papel, lo que produce un supercondensador de papel flexible que puede competir con algunos supercondensadores comerciales actuales. Un supercondensador de papel sería ideal para aplicaciones de alta potencia. ^{[ 3 ]}

Los nanogeneradores son dispositivos más recientes que convierten la energía mecánica en energía eléctrica. El papel es un componente deseable de los nanogeneradores por las mismas razones mencionadas anteriormente. Estos dispositivos son capaces de capturar el movimiento, como el movimiento corporal, y convertir esa energía en energía eléctrica que podría alimentar luces LED, por ejemplo. ^{[ 3 ]}