Caracterização do resíduo de suco de laranja valência como eletrólito em microbaterias

Abstract

Os avanços na eletrônica portátil e vestível têm ampliado o uso de dispositivos para diversas finalidades, como o monitoramento em tempo real de indicadores vitais de saúde e a administração de medicamentos por meio de adesivos vestíveis. Para atender à crescente demanda desses dispositivos, é fundamental o desenvolvimento de fontes de energia menores, mais eficientes e seguras. Nesse cenário, as microbaterias surgem como uma alternativa, devendo oferecer não apenas alto desempenho eletroquímico, mas também serem seguras e não tóxicas para a saúde humana e o meio ambiente. A utilização do resíduo de suco de laranja Valência como eletrólito em microbaterias é uma abordagem inovadora que agrega valor aos subprodutos da indústria cítrica, promovendo o uso de materiais naturais e reduzindo riscos de contaminação e impactos ambientais associados a componentes de baterias convencionais. Nesta pesquisa, foram avaliados os parâmetros físico-químicos e eletroquímicos do resíduo de suco de laranja Valência para sua aplicação como eletrólito em microbaterias. Os resultados mostraram que o resíduo de suco natural e filtrado possui eficiência como eletrólito, com potenciais em circuito aberto variando de 0,8 a 0,9 V. Nos testes de descarga, o resíduo de suco natural apresentou melhor desempenho (~77,56 em corrente de 150 μA) em comparação ao resíduo de suco filtrado (~21,91 em corrente de 40 μA). A caracterização físico-química revelou variações nos teores de açúcares, ácidos e sólidos, que afetam diretamente o comportamento eletroquímico do resíduo de suco, com destaque para o papel dos ácidos cítrico e ascórbico. O protótipo final da microbateria, selada a vácuo e com eletrólito em gel à base de ágar, apresentou melhorias na estabilidade eletroquímica e mecânica, reduzindo sua volatização e evitando contaminações. A durabilidade do sistema foi avaliada por meio de curvas de descarga de até uma hora, e o resíduo de suco natural manteve o potencial em uma faixa ampla de correntes, indicando maior viabilidade como eletrólito. Os resultados desta pesquisa abrem novas perspectivas para o uso de materiais naturais como componentes de microbaterias, destacando seu potencial como uma alternativa sustentável e renovável em comparação aos sistemas convencionais. Apesar das limitações observadas, como a necessidade de aprimoramentos para aumentar o desempenho e a estabilidade, os materiais estudados apresentaram vantagens significativas, como menor impacto ambiental e uso de recursos renováveis. Assim, este estudo reforça a viabilidade de soluções mais ecológicas no campo da microgeração de energia, contribuindo para o avanço tecnológico alinhado à sustentabilidade.

Advancements in portable and wearable electronics have driven the application of devices for real-time monitoring of vital health indicators and drug administration via wearable patches, necessitating smaller, more efficient, and safer energy sources. In this context, microbatteries emerge as promising alternatives, provided they deliver high electrochemical performance, safety, and low environmental impact. This study investigated the use of Valencia orange juice residue as an electrolyte for microbatteries, proposing a sustainable approach that adds value to citrus industry by-products while reducing the environmental impacts associated with conventional battery components. The study evaluated the physicochemical and electrochemical parameters of the juice residue, demonstrating its efficiency as an electrolyte. Open-circuit potentials ranged from 0.8 to 0.9 V, and discharge tests revealed that unfiltered natural juice residue outperformed filtered juice residue (~77.56 at a current of 150 μA versus ~21.91 at 40 μA). Physicochemical characterization revealed variations in sugar, acid, and solid content, which directly influenced the electrochemical behavior, particularly highlighting the role of citric and ascorbic acids. The final microbattery prototype, vacuum-sealed and featuring a gel-based agar electrolyte, showed improvements in both electrochemical and mechanical stability, reducing volatilization and preventing contamination. The system’s durability was evaluated through discharge curves of up to one hour, with natural juice residue maintaining potential over a wide current range, indicating higher viability as an electrolyte. The results of this study open new perspectives for the use of natural materials as components in microbatteries, underscoring their potential as sustainable and renewable alternatives to conventional systems. Despite limitations such as the need for performance and stability enhancements, the materials studied demonstrated significant advantages, including lower environmental impact and the use of renewable resources. This research thus reinforces the feasibility of more eco-friendly solutions in the field of microenergy generation, contributing to technological advancement aligned with sustainability.