Un equipo de investigadores ha desarrollado una batería de óxido de plata y zinc recargable y flexible con una densidad de energía de área de cinco a diez veces mayor que la del estado actual. La batería también es más fácil de fabricar; mientras que la mayoría de las baterías flexibles deben fabricarse enEn condiciones estériles, al vacío, este se puede serigrafiar en condiciones normales de laboratorio. El dispositivo se puede utilizar en electrónica flexible y estirable para dispositivos portátiles, así como en robótica suave.
El equipo, formado por investigadores de la Universidad de California en San Diego y la empresa con sede en California ZPower, detalla sus hallazgos en la edición del 7 de diciembre de la revista julio .
"Nuestras baterías pueden diseñarse en torno a la electrónica, en lugar de la electrónica necesaria para ser diseñada en torno a las baterías", dijo Lu Yin, uno de los primeros coautores del artículo y estudiante de doctorado en el grupo de investigación de nanoingeniería de UC San DiegoProfesor Joseph Wang.
La capacidad de área de esta innovadora batería es de 50 miliamperios por centímetro cuadrado a temperatura ambiente; esto es de 10 a 20 veces mayor que la capacidad de área de una batería de iones de litio típica. Por lo tanto, para la misma superficie, la batería descrita en Joulepuede proporcionar de 5 a 10 veces más potencia.
"Este tipo de capacidad de área nunca se había obtenido antes", dijo Yin. "Y nuestro método de fabricación es asequible y escalable".
La nueva batería tiene mayor capacidad que cualquiera de las baterías flexibles disponibles actualmente en el mercado. Eso se debe a que la batería tiene una impedancia mucho menor, la resistencia de un circuito eléctrico o dispositivo a la corriente alternativa. Cuanto menor sea la impedancia, mejorel rendimiento de la batería frente a descargas de alta corriente.
"A medida que el mercado 5G e Internet de las cosas IoT crece rápidamente, esta batería que supera a los productos comerciales en dispositivos inalámbricos de alta corriente probablemente será un competidor principal como la fuente de energía de próxima generación para la electrónica de consumo", dijo Jonathan Scharf.co-primer autor y candidato a doctorado en el grupo de investigación del profesor de nanoingeniería de UC San Diego, Ying Shirley Meng.
Las baterías alimentaron con éxito un sistema de pantalla flexible equipado con un microcontrolador y módulos Bluetooth. Aquí también la batería funcionó mejor que las pilas de botón de Li disponibles en el mercado.
Las celdas de la batería impresas se recargaron durante más de 80 ciclos, sin mostrar signos importantes de pérdida de capacidad. Las celdas también permanecieron funcionales a pesar de doblarse y torcerse repetidamente
"Nuestro enfoque principal era mejorar tanto el rendimiento de la batería como el proceso de fabricación", dijo Ying Shirley Meng, director del Instituto de Descubrimiento y Diseño de Materiales de UC San Diego y uno de los autores correspondientes del artículo.
Para crear la batería, los investigadores utilizaron un diseño de cátodo patentado y una química de ZPower. Wang y su equipo contribuyeron con su experiencia en sensores imprimibles y extensibles y baterías extensibles. Meng y sus colegas brindaron su experiencia en caracterización avanzada para sistemas de almacenamiento de energía electroquímicay caracterizó cada iteración del prototipo de batería hasta que alcanzó el máximo rendimiento.
La receta para un mejor rendimiento
La excepcional densidad de energía de la batería se debe a su química de óxido de plata y zinc AgO-Zn. La mayoría de las baterías flexibles comerciales utilizan una química Ag2O-Zn. Como resultado, generalmente tienen un ciclo de vida limitado y poca capacidad. Estolimita su uso a dispositivos electrónicos desechables de bajo consumo.
El AgO se considera tradicionalmente inestable. Pero el material de cátodo AgO de ZPower se basa en un recubrimiento de óxido de plomo patentado para mejorar la estabilidad electroquímica y la conductividad del AgO.
Como beneficio adicional, la química AgO-Zn es responsable de la baja impedancia de la batería. Los colectores de corriente impresos de la batería también tienen una conductividad excelente, lo que también ayuda a lograr una impedancia más baja.
fabricación mejorada
Pero AgO nunca antes se había usado en una batería serigrafiada, porque es altamente oxidante y se degrada químicamente rápidamente. Al probar varios solventes y aglutinantes, los investigadores del laboratorio de Wang en UC San Diego pudieron encontrar una formulación de tinta que produceAgO viable para imprimir. Como resultado, la batería se puede imprimir en solo unos segundos una vez que las tintas están preparadas. Está seca y lista para usar en solo minutos. La batería también se puede imprimir en un proceso de rollo a rollo, lo que aumentaría la velocidad y haría que la fabricación fuera escalable.
Las baterías están impresas en una película de polímero que es químicamente estable, elástica y tiene un alto punto de fusión aproximadamente 200 grados C o 400 grados Fahrenheit que se puede sellar con calor. Los colectores de corriente, el ánodo de zinc, el cátodo de AgO y suslos separadores correspondientes constituyen cada uno una capa serigrafiada apilada.
El equipo ya está trabajando en la próxima generación de la batería, con el objetivo de dispositivos de carga más baratos y más rápidos con una impedancia aún menor que se usarían en dispositivos 5G y robótica suave que requieren alta potencia y factores de forma personalizables y flexibles.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Original escrito por Ioana Patringenaru. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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