Desenvolupen una metodologia innovadora per a ecodissenyar bateries sostenibles que s’adaptin al cicle de vida del producte
A través de la vinculació del cicle de vida de la bateria amb el de l’aplicació, aquesta metodologia dissenya la font d’energia amb un propòsit específic. Un equip de l’Institut de Microelectrònica de Barcelona (IMB-CNM-CSIC) i de BCMaterials estableix les bases d’aquesta metodologia a través del disseny d’una bateria reciclable amb paper i cartó per a la paqueteria intel·ligent.
Una mà sosté la bateria adhesiva davant d'un contenidor blau per a reciclatge de paper i cartó. Crèdit: Carles Tortosa y Marina Navarro.
Un equip de l’Institut de Microelectrònica de Barcelona del CSIC (IMB-CNM-CSIC) i del Centre Basc de Materials, Aplicacions i Nanoestructures (BCMaterials) ha desenvolupat una metodologia per a l’ecodisseny de bateries adaptades als productes que alimenten. Consisteix a fabricar fonts d’energia tenint en compte el cicle de vida de l’element, des de la selecció dels materials fins al seu reciclatge i reutilització final, garantint així la seva circularitat.
"Tenim en compte per a què s’utilitzarà i on acabarà per a decidir quins materials i tècniques de fabricació emprarem. L’ecodisseny de la bateria es fa per a un propòsit específic i segueix el cicle de vida de l’aplicació que alimenta", explica Juan Pablo Esquivel, investigador IKERBASQUE al BCMaterials, anteriorment a l’IMB-CNM-CSIC.
L’equip científic porta anys perfeccionant l’ecodisseny de bateries per a diferents usos, com la FlowER Battery en agricultura. Ara, una recent publicació en la revista Energy and Environmental Science amplia la metodologia i detalla la creació d’una bateria per a embalatge intel·ligent, feta a partir de materials lignocel·lulòsics, i que inclou grafè induït per làser per a la generació dels col·lectors de corrent.
Una societat pendent de la paqueteria intel·ligent
El reciclatge de l’electrònica és una problemàtica creixent en la societat digital i els esforços per a reduir els residus comencen en el seu disseny. Les piles de botó solen ser la font d’alimentació dels sensors que acompanyen els paquets que s’envien per missatgeria. Normalment, ni la cinta adhesiva ni el sensor de seguiment es poden reciclar juntament amb l’embalatge, la qual cosa genera un conflicte per al seu processament. I és que el paper i el cartó tenen la taxa més alta de reciclabilitat entre tots els materials, sent al voltant del 74% a la Unió Europea (2020) i permetent una alta circularitat de les fibres, les quals poden ser reciclades fins a 25 vegades. Per això, s’ha triat la paqueteria intel·ligent com a escenari de gran impacte per a l’aplicació d’aquesta metodologia. D’altra banda, les dades de la UE indiquen que, de les 229 mil tones de bateries portàtils venudes en 2020, només un 47% van ser recollides per a reciclar. L’objectiu del nou reglament europeu és augmentar aquesta xifra fins al 73% durant la dècada vinent.
La bateria de la publicació és una tecnologia planar amb un format final similar a una etiqueta adhesiva que s’adhereix a l’embalatge. A més, "s’ha demostrat en assajos estandarditzats que pot ser reciclada en el contenidor blau de paper i cartó sense necessitat de separació de l’envàs", apunta Marina Navarro, investigadora postdoctoral al BCMaterials, anteriorment a l’IMB-CNM-CSIC.
"La bateria és versàtil i es pot fabricar amb diferents grandàries i voltatges segons l’ús concret que se li vagi a donar, pot funcionar per a alimentar dispositius típicament utilitzats en aquest sector, com a pantalles electrocròmiques o localitzadors de seguiment del paquet integrat a la Internet de les Coses i capaces de controlar paràmetres del contingut, com la humitat i la temperatura", agrega la científica.
El substrat inclou també un col·lector de corrent fet de grafè induït per làser (LIG) com a "alternativa sostenible als metalls habituals en bateries per la seva elevada conductivitat elèctrica i estabilitat química". Si el grafè es processés d’altres formes, com en tintes, "es requeririen més reactius químics que després hauríem de separar i eliminar en un major consum d'energia, la qual cosa redundaria en una manufacturació més contaminant i menys circular", conclou Iñigo Martín, investigador de l’IMB-CNM-CSIC.
Bateries ecodissenyades per a un futur sostenible
La metodologia presentada ofereix una primera guia per a començar a ecodissenyar les fonts d’alimentació, amb l’objectiu que sigui una tecnologia escalable en el futur i reduir els residus electrònics del sector.
El treball es va iniciar amb la tesi de Navarro a l’IMB-CNM, supervisada per Esquivel, i d’una col·laboració que ella inicia a Alemanya després de rebre el premi del Clúster d'Excel·lència Polis per a personal investigador jove, finançat per la Fundació Alemanya de Recerca Científica (DFG). Inclou la col·laboració de Manuel Baumann i Marcel Weil del Karlsruhe Institute of Technology; d’Omar Ibrahim, investigador Marie Curie Fellow, i l’assistent de recerca Carles Tortosa en la spin-off de l’IMB-CNM Fuelium, cofundada per Esquivel; la contribució de Martín a la tecnologia de grafè; i la participació de l’estudiant de TFG a l’IMB-CNM Joseba M. Ormaetxea.
Article de referència: Marina Navarro-Segarra, Omar A. Ibrahim, Iñigo Martin-Fernandez, Carles Tortosa, Joseba M. Ormaetxea, Manuel Baumann, Marcel Weil i Juan Pablo Esquivel. Designed-by-purpose power sources: a cardboard primary battery for smart packaging. Energy and Environmental Science. DOI: 10.1039/D4EE00306C