Una bateria de paper alimentada per bacteris

En àrees remotes del món o en regions amb recursos limitats, els articles quotidians, com podrien ser els punts de venda elèctrics i les bateries, són de luxe. Els treballadors sanitaris d'aquestes àrees sovint no disposen d'electricitat per alimentar els dispositius de diagnòstic, i les bateries comercials poden no estar disponibles o ser massa costoses. Es necessiten noves fonts d'energia de baix cost i portàtils. Avui, els investigadors informen d'un nou tipus de bateria de paper i alimentat per bacteris, que podria superar aquests desafiaments.

Els investigadors van presentar els seus resultats a la 256a Reunió i Exposició Nacional de la American Chemical Society (ACS). El paper té avantatges únics com a material per als biosensors. És de baix cost, d'un sol ús, flexible i té una superfície elevada, però els sensors sofisticats requereixen una font d'alimentació. Les bateries comercials són massa dèbils i costoses i no es poden integrar en substrats de paper.

Els investigadors han desenvolupat prèviament biosensors d'un sol ús en paper per obtenir diagnòstics barats i convenients de malalties i condicions de salut, així com per detectar contaminants en el medi ambient. Molts d'aquests dispositius es basen en canvis de color per informar un resultat, però sovint no són gaire sensibles. Per augmentar la sensibilitat, els biosensors necessiten una font d'alimentació. Per això calia desenvolupar una bateria de paper econòmica alimentada per bacteris que podria incorporar-se fàcilment en aquests dispositius d'un sol ús.

Per això Seokheun Choi i els seus col·legues de la Universitat Estatal de Nova York, Binghamton, van fabricar una bateria de paper imprimint capes primes de metalls i altres materials sobre una superfície de paper. A continuació, van col·locar els"exoelectrògens" liofilitzats al paper. Els exoelectrògens són un tipus especial de bacteris que poden transferir electrons fora de les seves cèl·lules. Els electrons, que es generen quan els bacteris fan energia per si mateixos, passen per la membrana cel·lular. Posen contacte amb els elèctrodes externs i alimenten la bateria. Per activar la bateria, els investigadors van afegir aigua o saliva. En un parell de minuts, el líquid va reactivar els bacteris, que van produir electrons suficients per alimentar un díode emissor de llum i una calculadora.

Els investigadors també van investigar com l'oxigen afecta el rendiment del seu dispositiu. L'oxigen, que passa fàcilment a través del paper, podria absorbir els electrons produïts pels bacteris abans que arribin a l'elèctrode. L'equip va trobar que, tot i que l'oxigen reduïa lleugerament la generació d'energia, l'efecte era mínim. Això es deu a que les cèl·lules bacterianes es van unir fermament a les fibres de paper, que ràpidament van portar els electrons a l'ànode abans que l'oxigen pogués intervenir.

La bateria de paper, que es pot utilitzar una vegada i després tirar-la, actualment té una vida de quatre mesos. S’està treballant en condicions per millorar la supervivència i el rendiment dels bacteris liofilitzats, permetent una vida útil més llarga. El rendiment de l'energia també ha de millorar-se al voltant de 1.000 vegades per a la majoria de les aplicacions pràctiques. Això es podria aconseguir apilant i connectant diverses piles de paper.  S’ha sol·licitat una patent per a la bateria i s’estan buscant socis de la indústria per a la seva comercialització.

Font: American Chemical Society