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Biodegradable Batteries as Sustainable Power Sources for Portable Devices

出版	Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Química, 2018
URL	http://books.google.com.hk/books?id=ATl60AEACAAJ&hl=&source=gbs_api

註釋Esta tesis presenta el desarrollo de baterías biodegradables siguiendo una aproximación alineada con los principios de sostenibilidad de la economía circular. Estás fuentes de energía están enfocadas especialmente en reducir la exorbitante cantidad de desecho eléctrico y electrónico causado por el crecimiento acelerado de dispositivos electrónicos. El presente trabajo se ha desarrollado en el Instituto de Microelectrónica de Barcelona, IMB-CNM (CSIC). Las baterías presentadas en esta tesis se han construido completamente a partir de materiales orgánicos y pueden fabricarse mediante métodos económicos con bajo consumo de energía. Esta tesis se compone de seis capítulos: el capítulo de introducción y cinco capítulos experimentales. El capítulo 2 de este trabajo está dedicado a la exploración de diferentes especies redox apropiadas para el desarrollo de dispositivos ecológicos. En este capítulo, se llevó a cabo la caracterización electroquímica de diversas especies redox y de electrolitos que cumplieran los requerimientos para las baterías proyectadas. La selección de las especies redox se basó en su potencial de oxidación, solubilidad, almacenaje en estado sólido y su baja toxicidad. En el capítulo 3 se presenta el concepto PowerPAD, el desarrollo de la primera batería biodegradable hecha de papel, electrodos de carbono, especies redox orgánicas y cera de abeja. La batería tiene una degradación biótica, es decir, los microorganismos presentes en suelos y aguas pueden degradar la batería a compuestos básicos con un mínimo impacto ambiental. Esta nueva clase de baterías de flujo redox portátiles y biodegradables es ideal para proporcionar energía a una nueva generación de dispositivos electrónicos ecológicos. El capítulo 4 de esta tesis está dedicado a la fabricación de una batería de flujo capilar. Esta celda de flujo se ha diseñado como un esfuerzo para la optimización del dispositivo PowerPAD y ha utilizado los mismos materiales naturales. Sin embargo, se ha incorporado un absorbedor de celulosa al final del dispositivo que proporciona un flujo constante de las especies redox. Durante este trabajo, la evaluación electroquímica de la celda se realizó a diferentes velocidades de flujo capilar y áreas de reacción de los electrodos. De esta forma, se presenta una batería redox de flujo capilar con una optimización de su eficiencia farádica. En el quinto capítulo, se presenta un nuevo enfoque para desarrollar baterías biodegradables. La síntesis y evaluación de membranas electrolíticas a base de biopolímeros (BioPEM). Estas BioPEMs han sido fabricadas a base de polímeros naturales y compuestos orgánicos, como quitosano, celulosa liofilizada y glicerol como plastificante. Durante este capítulo fue posible llevar a cabo la síntesis de dos membranas con baja toxicidad y bajo costo de fabricación que presentaron conductividad iónica adecuada y baja migración de especies redox, características adecuadas para su uso en baterías redox primarias. El capítulo 6 de esta tesis presenta el desarrollo de una batería de botón primaria basada en hidrogeles de celulosa liofilizados, quitosano y especies redox. Este dispositivo ha sido fabricado utilizando electrodos porosos de carbono, que han sido impregnados con hidrogel redox y utiliza una BioPEM para la separación del ánodo del cátodo. Como resultado se obtiene una batería de botón con notable potencia y en armonía con el medio ambiente. Finalmente, se presentan las conclusiones generales de la tesis destacando los aspectos más remarcables de este trabajo y se definen líneas del trabajo futuro en esta prometedora investigación.