可生物降解的电池由四个层组成，每个层都从3D打印机一个接一个地流出。然后整个东西像三明治一样折叠起来，电解质在中间。图片： Gian Vaitl / Empa

电池革命(Battery Revolution)的制造设备看起来相当不起眼：它是一种经过修改的、商业化的3D打印机，位于Empa实验室大楼的一个房间里。但真正的创新在于这台打印机可以将明胶油墨分配到表面的配方。该混合物由纤维素纳米纤维和纤维素纳米晶组成，外加炭黑、石墨和活性炭形式的碳。为了液化所有这些，研究人员使用甘油、水和两种不同类型的酒精。此外，还使用少量食盐来促进离子电导率。

四层夹心

为了从这些成分中构建一个功能良好的超级电容器，需要四个层，每个层都从3D打印机一个接一个地流出：柔性基板、导电层、电极，最后是电解质。然后，整个东西像三明治一样折叠起来，电解质在中心。

出现的是一个生态奇迹。来自实验室的微型电容器可以储存几个小时的电力，并已经可以为一个小型数字时钟供电。它可以承受数以千计的充电和放电周期以及多年的存储，即使是在寒冷的温度下，也能承受压力和冲击。

可生物降解电源

然而，最重要的是，当你不再需要它时，你可以把它扔到堆肥中，或者干脆把它留在自然界中。两个月后，电容器将解体，只留下几个可见的碳颗粒。研究人员也已经尝试过这种方法。

Empa的纤维素和伍德材料实验室的席维尔 Aeby说: "这听起来很简单，但根本不是。 "经过一系列的测试，直到所有参数都正确，直到所有组件从打印机和电容器可靠地流动出来为止。 Aeby说: "作为研究人员，我们不想只是摆弄，我们还想了解材料内部发生了什么。 "

艾比和他的上司古斯塔夫·尼斯特伦(Gustav Nystr ö m)一起开发并实施了生物可降解电存储设备的概念。艾比在EPFL学习了微系统工程，并来到Empa攻读博士学位。尼斯特伦和他的团队已经研究了基于纳米纤维素的功能性凝胶一段时间了。这种材料不仅是一种环境友好的可再生原材料，而且其内部化学特性使其用途极为广泛。 "生物可降解电存储系统的项目长期以来一直在我的心中， "尼斯特伦说。 "我们用我们的项目申请了Empa内部资金，印刷纸电池，并能够用这笔资金开始我们的活动。现在，我们已经实现了我们的第一个目标。 "

在埋在土壤中两个月后，电容器已经分解，只留下几个可见的碳颗粒。

Xavier Aeby和Gustav Nystr ö m发明了一种完全印刷的可生物降解电池，由纤维素和其他无毒成分制成。

物联网的应用

Nystr ö m和Aeby预期，超级电容器可能很快就会成为物联网的关键组件。 "例如，在未来，这种电容器可以使用电磁场进行短暂的充电，然后它们可以为传感器或微发射机提供几个小时的电力。 "例如，这可以用来检查船舶运输期间单个包裹的内容。环境监测或农业领域的传感器也是可以想象的-没有必要再次收集这些电池，因为它们可能会被留在自然界降解。

由于目前正在蓬勃发展的近病人实验室诊断（"护理点检测"）的广泛使用，电子显微设备的数量也将增加。床边使用的小型检测设备或糖尿病患者的自检设备也是其中之一。 "一次性纤维素电容器也可能非常适合这些应用， " Gustav Nystr ö m说。