Baterias de Hidrogeno

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resumen pilas de hidrogeno

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No es la primera vez que nos cruzamos con laspropiedades de la orina, y probablemente no sea la ltima. Hace un buen tiempo hablamos sobrebateras que funcionan con orina, y despus se mencion a la orina como unafuente econmica de hidrgeno. En esta oportunidad, investigadores delLaboratorio de Robtica de Bristolhan utilizadoorina en celdas de combustible biolgicas, y la energa obtenida de esa combinacin fue suficiente para recargar parcialmente la batera de un telfono mvil Samsung.Convertir desperdicio en energa realmente necesitamos eso. Mientras que el recuerdo delSeor Fusinsigue presente en nuestras mentes, cientficos e investigadores alrededor del globo continan explorando mtodos para transformar un material aparentemente inservible en una fuente de energa alternativa. Un buen ejemplo de eso es laorina humana. La hemos visto como parte de una batera, y como fuente de hidrgeno. Ahora, la orina estara lista para convertirsedirectamente en combustible, sin mayores rodeos. Este punto nos lleva a lasceldas de combustible biolgicas(o microbianas, como prefieran). En teora, cualquier material biolgico sera viable para alimentar a las bacterias dentro de la celda, con diferentes niveles de eficiencia. De acuerdo al doctor Ioannis Ieropoulos delLaboratorio de Robtica de Bristol(una colaboracin entre la Universidad de Bristol y la Universidad de West England), la orina esexcepcionalcomo combustible para los organismos en el interior de cada celda, formada por material cermico y un electrodo basado en carbono.Al pasar orina por una cascada de celdas biolgicas, Ieropoulos y el resto del equipo logr realizaruna recarga parcial de un telfono mvil Samsung(no smartphone). La energa fue suficiente como para enviar mensajes SMS, navegar, y hacer una llamada breve. Hasta este punto, la energa de lasceldas de combustible biolgicasslo poda acumularse en capacitores o supercapacitores, pero esta es la primera vez que se logra recargar en forma directa la batera de un dispositivo como un telfono mvil. Cul sera la primera aplicacin para esta tecnologa? Nada menos queun vter (inodoro). Con la creacin de unvter inteligente, el doctor Ieropoulos anticipa que las celdas sern capaces de recargar otros dispositivos adems de mviles(como afeitadoras o cepillos de dientes)e incluso proveer iluminacin. Por supuesto, las celdas necesitan alcanzar un nivel en el que puedan recargar completamente a un mvil, antes de que encuentren un lugar permanente en el cuarto de bao.Bateras de lmina de papel activado por orinaELECTRNICA/OFF-TOPICetiquetas:tutoriales4FLARESTwitter4Facebook0Google+0Pin It Share0Email--Email to a friendEl campo de MEMS y bioMEMS surge como una importante tecnologa del nuevo milenio, con capacidad para crear complejos sistemas de ingeniera, autnomos y de bajo costo. Un problema crtico para estos microsistemas reside en las fuentes de energa.Aunque algunos dispositivos microscpicos, como las impresoras a chorro de tinta, pueden no disponer de un suministro de energa propio, los sistemas remotos y distribudos necesitan fuentes de poder locales. Como muchos dispositivos MEMS integran circuitos electrnicos, el desarrollo de micro fuentes de energa para tales microsistemas se vuelve una exigencia y un desafo. Durante la ltima dcada, mucho del esfuerzo de los investigadores se ha enfocado en la generacin de poder basado en clulas de combustible microscpicas que utilizaron oxgeno, hidrgeno u otros combustibles para suministro de energa continua en el rango de 10 -100 W. Otros han investigado la posibilidad de fabricar a bajo costo la alta capacidad de las clulas solares. Sin embargo, estas fuentes de poder normalmente requieren complicados procesos de micromaquinado que impiden la posibilidad de un proceso de integracin con MEMS para el autosotenimiento de tales microsistemas. Fuentes que puedan activar dispositivos a partir de funciones de vida disponibles de manera libre y permanente son atractivas, en contraste con aquellos microscpicos artefactos de combustin interna o microbateras recargables de pelcula delgada de litio. La microbatera activada (sobre demanda) por el uso de la reaccin qumica entre agua y cidos disponibles, se ha demostrado como una alternativa viable para bioMEMS y microdispositivos.Las primeras bateras de lmina de papel activado por orina fueron reportadas a inicios de 2005.Actualmente la orina se analiza qumicamente para proteccin de la salud y/o para el diagnstico de enfermedades. Todos los das un adulto saludable produce aproximadamente 1.2 litros de orina que es principalmente una solucin acuosa de prdidas metablicas como la urea (25-35 g) y el cido rico (0.4-1.0 g), sales disueltas como el cloruro de sodio (15 g), y otros materiales orgnicos. La mayora de estos qumicos presentes en la orina pueden usarse para chequeos de salud y diagnstico de enfermedades. Por ejemplo, la concentracin de glucosa en la sangre se usa como marcador para el diagnstico de diabetes y puede determinarse por medio de oxidasa de glucosa (GOD). Durante las ltimas dcadas, investigadores han desarrollado varios medios de supervisar la concentracin de glucosa en la orina, sensores multianlisis para el descubrimiento de hypoxanthine, xanthine y cido rico, y un sensor de enzima para la determinacin de urea.Ahora se ha desarrollado un proceso de fabricacin simple y barato, compatible con las tecnologas existentes para el laminado de plsticos. Aqu mostramos la viabilidad de usar una tecnologa de laminacin plstica simple, barata, para fabricar las bateras del papel activadas por orina, como una fuente de energa para manejar biosensores para cuidados de la salud. Se describen detalles del proceso de fabricacin y la evaluacin de la performance de la batera.En esta batera, una capa de magnesio (Mg) y otra de papel del filtro embebida en cloruro de cobre (CuCl) se usan como nodo y ctodo, respectivamente. Montadas sobre una placa de cobre (Cu) y formando un conjunto intercalado entre dos lminas plsticas que se sellan al atravesar un rodillo calentado a 120 C. La batera de papel activado puede entregar 1.5 mW o ms. Adems, podran integrarse con dispositivos bioMEMS para ser utilizados en test de salud, generalmente para deteccin y/o diagnstico considerando que resultan una fuente que mantiene poder suficiente para este tipo de circuitos microelectromecnicos.La Figura 1 muestra el diagrama de una batera de papel activada por orina que consiste en una capa cobre (Cu), el papel de filtro embebido en cloruro de cobre (CuCl) y una capa de magnesio (Mg). El ensamble completo se intercala entre dos capas plsticas que luego se lamina (para compactar y sellar) pasndola a travs de los rodillos calentados a 120 C.La Figura 2 muestra el principio de funcionamiento de la batera. Se usan magnesio y cloruro de cobre como nodo y ctodo, respectivamente. La capa de Cu acta como colectora de electrones.

Cuando una gota de orina humana se agrega a la batera, como se observa en la figura 2, la orina empapa el papel montada entre las capas de Mg y Cu. Los qumicos se disuelven y reaccionan para producir electricidad. Aunque la orina contiene otros electrolitos qumicos menores como el cido rico, el cloruro de cobre (CuCl), es el qumico usado mayoritariamente para la generacin de electricidad en estas bateras. Las reacciones qumicas del nodo (la oxidacin) y ctodo (la reduccin) se representan en las ecuaciones (1) y (2), respectivamente:Mg ======> Mg2+ + 2e (1)2CuCl + 2e ===> 2Cu + 2Cl (2)y la reaccin global es:Mg + 2CuCl ====> MgCl2 + 2Cu. (3)El voltaje terico de esta batera es una funcin directa de los materiales del nodo y del ctodo. El potencial normal se calcula como 2.49 V del electrodo normal, los potenciales como la suma del nodo potencial y el ctodo potencial.

Figura 1

Figura 2Para fabricar la batera del papel, se ha desarrollado una tcnica que es compatible con las conocidas tecnologas de laminado plstico. La placa de magnesio se usa como nodo debido a su estabilidad qumica en el aire.La Figura 3 muestra la preparacin del papel del filtro (Whatman, Cat. N 1001070) con cloruro de cobre (CuCl). La solucin tiene 3 g de CuCl en 100 ml de agua. Despus de empapar una hoja del papel de filtro comercial en la suspensin, el papel se seca al aire y corta en pedazos pequeos para la fabricacin de la batera (figura 3b). Las Figuras 4a y 4b muestran fotografas del papel antes y despus de empaparlo en la suspensin de CuCl, como se indic en la figura 3.La fotografa de la figura 4b se tom despus que el papel con CuCl estaba seco. Se puede observar claramente entre las figuras, que las partculas secas de CuCl estn distribudas en las fibras de papel de filtro luego de ser tratado. El ctodo, el CuCl acta como tal, acepta los electrones generados en el nodo de Mg como se ilustra en el ejemplo (2), provocando la reaccin global.La figura 5 muestra un barato proceso desarrollado para la fabricacin de bateras de papel. El proceso comienza con una pelcula plstica inferior, transparente de 0.15 mm de espesor cubierta de un pegamento, y que sirve como substrato para la batera de papel. En el siguiente paso, una capa de cobre (Cu) de 0.2 mm de espesor es depositada (o grabada) y sirve como electrodo positivo (figura 5a). Una capa de aluminio (Al) de 0.2 mm de espesor (figura 5b) es entonces incorporada para proporcionar la unin elctrica de los electrodos. En las figuras 5c y 5d, el papel de CuCl, de 0.2 mm de espesor, y una capa de Mg. son apilados sobre la capa de cobre y finalmente cubiertas por una pelcula plstica transparente superior con una capa adhesivo (figura 5e). Finalmente, el bloque entero es laminado pasando por rodillos calentadores a 120 .C. Una hendidura para suministro de orina y otra para espiracin del aire son efectuadas en la pelcula plstica superior (figura 5f). Es obvio que los rodillos calentadores presionan y unen todas las capas de la batera de papel(figura 5e).Otros medios de calefaccin como el equipo de calentamiento ultrasnico p