La industria electrónica actual se está centrando cada vez más en las computadoras o teléfonos inteligentes con pantallas que se pueden plegar o enrollar. Las prendas de vestir inteligentes utilizan micro dispositivos o sensores portátiles para monitorear las funciones corporales, por ejemplo. Sin embargo, todos estos dispositivos necesitan una fuente de energía, que generalmente es una batería de iones de litio. Desafortunadamente, las baterías comerciales suelen ser pesadas y rígidas, por lo que es fundamentalmente inadecuado para aplicaciones en productos electrónicos o textiles flexibles.
Markus Niederberger, Profesor de Materiales Multifuncionales en ETH Zurich, y su equipo están creando un remedio para este problema. Los investigadores han desarrollado un prototipo para una batería flexible de película delgada que puede doblarse, estirarse e incluso retorcerse sininterrumpiendo el suministro de energía.
Lo que hace que esta nueva batería sea especial es su electrolito, esa parte de la batería a través de la cual se mueven los iones de litio cuando la batería se carga o descarga. Este electrolito fue descubierto por el estudiante de doctorado ETH Xi Chen, autor principal del estudio que recientementeapareció en la revista científica Materiales avanzados .
Empleando sistemáticamente componentes flexibles
Siguiendo el diseño de las baterías comerciales, este nuevo tipo de batería se construye en capas como un sándwich. Sin embargo, es la primera vez que los investigadores usan componentes flexibles para mantener toda la batería flexible y estirable ". Hasta la fecha, nadieha empleado componentes exclusivamente flexibles tan sistemáticamente como lo hemos hecho para crear una batería de iones de litio ", dice Niederberger.
Los dos colectores de corriente para el ánodo y el cátodo consisten en un compuesto de polímero flexible que contiene carbono eléctricamente conductor y que también sirve como la cubierta exterior. En la superficie interior del compuesto, los investigadores aplicaron una capa delgada de escamas de plata micronizadas.Debido a la forma en que los copos se superponen como las tejas del techo, no pierden contacto entre sí cuando se estira el elastómero. Esto garantiza la conductividad del colector actual incluso si está sometido a un estiramiento extenso. Y en el caso de que la platade hecho, los copos pierden contacto entre sí, la corriente eléctrica aún puede fluir a través del compuesto que contiene carbono, aunque de manera más débil.
Con la ayuda de una máscara, los investigadores rociaron el ánodo y el polvo del cátodo sobre un área definida con precisión de la capa de plata. El cátodo está compuesto de óxido de litio manganeso y el ánodo es un óxido de vanadio.
electrolito en gel a base de agua
En el paso final, los científicos apilaron los dos colectores de corriente con los electrodos aplicados uno encima del otro, separados por una capa de barrera similar a un marco de imagen, mientras que la brecha en el marco se llenó con el gel de electrolito.
Niederberger enfatiza que este gel es más amigable con el medio ambiente que los electrolitos comerciales: "El electrolito líquido en las baterías de hoy en día es inflamable y tóxico". En contraste, el electrolito en gel que desarrolló su estudiante de doctorado Chen contiene agua con una alta concentración de sal de litio, que no solo facilita el flujo de iones de litio entre el cátodo y el ánodo mientras la batería se carga o descarga, sino que también evita que el agua se descomponga electroquímicamente.
Los científicos unieron las diversas partes de su prototipo junto con adhesivo. "Si queremos comercializar la batería comercialmente, tendremos que encontrar otro proceso que la mantenga sellada herméticamente durante un período de tiempo más largo", dice Niederberger.
Numerosas aplicaciones potenciales
Cada vez surgen más aplicaciones para una batería como esta. Los fabricantes conocidos de teléfonos móviles compiten entre sí para producir dispositivos con pantallas plegables. Otras posibilidades incluyen pantallas enrollables para computadoras, relojes inteligentes y tabletas, o textiles funcionalesque contienen componentes electrónicos flexibles, y todos estos requieren una fuente de alimentación flexible. "Por ejemplo, podría coser nuestra batería directamente en la ropa", dice Niederberger. Lo importante es, en caso de fuga de la batería, asegurar que los líquidosque salen no causan daños. Aquí es donde el electrolito del equipo ofrece una ventaja considerable.
Sin embargo, Niederberger enfatiza que se necesita más investigación para optimizar la batería flexible antes de considerar comercializarla. Sobre todo, el equipo tiene que aumentar la cantidad de material de electrodo que puede contener. Un nuevo estudiante de doctorado recientemente comenzó a refinar la energía elástica.El inventor del prototipo inicial, Xi Chen, regresó a su tierra natal de China después de completar su tesis doctoral para asumir un nuevo trabajo, como consultor para la industria de baterías.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por ETH Zúrich . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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