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生分解性3Dプリント微小電池:未来のマイクロデバイス向けエコ電源

データ送信マイクロデバイスの数は今後数年で急増します。これらすべてのデバイスにエネルギーが必要ですが、電池の数が環境に大きな影響を与えます。研究者たちがこの問題を解決する生分解性ミニキャパシタを開発しました。新しい電池は炭素、セルロース、グリセリン、食塩で構成され、3Dプリンターで製造されます。

造形装置は、市販の3Dプリンターを改造したもので、セルロースナノファイバーとセルロースナノクリスタライトの混合物に、カーボンブラック、グラファイト、活性炭の形で炭素を吐出します。すべてを液化するため、グリセリン、水、2種類のアルコール、イオン伝導性のためのひとつまみの食塩を使用します。

これらの材料から機能するスーパーキャパシタを作るには、3Dプリンターから順次吐出される4層が必要です:フレキシブル基板、導電層、電極、そして電解質。全体をサンドイッチのように折り畳み、電解質を中心に配置します。

ミニキャパシタは数時間電気を蓄え、小型デジタル時計を動かせます。数千回の充放電サイクルと数年の保存に耐え、凍結温度でも、圧力と衝撃にも耐性があります。電池が不要になれば、堆肥に捨てたり自然に放置したりできます。2ヶ月後には分解し、わずかな炭素粒子のみが残ります。

生分解性3Dプリント微小電池:未来のマイクロデバイス向けエコ電源

ゲル材料は環境に優しい再生可能原料であるだけでなく、その内部化学が極めて汎用性を高めています。スーパーキャパシタは 곧 Internet of Things(IoT)のキーコンポーネントになる可能性があります。このようなキャパシタは、例えば電磁場で短時間充電し、その後センサーやマイクロトランスミッターに数時間電力を供給できます。これは輸送中の個々のパッケージ内容物チェックなどに利用可能です。環境モニタリングや農業でのセンサー電源としても想定されます。これらの電池は回収不要で、自然に置いておけば分解するためです。

電子マイクロデバイスの数は、ニアペイシェント検査(ポイントオブケアテスト)のより広範な普及によりさらに増加します。これは現在急成長中です。ベッドサイド用小型検査デバイスや糖尿病患者向け自己検査デバイスなどが含まれます。

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