Los investigadores han desarrollado una batería de iones de litio recargable en forma de fibra ultralarga que podría tejerse en telas. La batería podría permitir una amplia variedad de dispositivos electrónicos portátiles e incluso podría usarse para fabricar baterías impresas en 3Den prácticamente cualquier forma.
Los investigadores visualizan nuevas posibilidades para los dispositivos de comunicación, detección y computacionales autoamplificados que podrían usarse como ropa ordinaria, así como dispositivos cuyas baterías también podrían funcionar como partes estructurales.
En una prueba de concepto, el equipo detrás de la nueva tecnología de batería ha producido la batería de fibra flexible más larga del mundo, 140 metros de largo, para demostrar que el material se puede fabricar en longitudes arbitrariamente largas. El trabajo se describe hoy en la revista Materiales de hoy. el posdoctorado del MIT Tural Khudiyev ahora profesor asistente en la Universidad Nacional de Singapur, el ex posdoctorado del MIT Jung Tae Lee ahora profesor en la Universidad Kyung Hee y Benjamin Grena SM '13, PhD '17 actualmente en Apple sonlos autores principales del artículo. Otros coautores son los profesores del MIT Yoel Fink, Ju Li y John Joannopoulos, y otros siete en el MIT y otros lugares.
Los investigadores, incluidos los miembros de este equipo, han demostrado previamente fibras que contienen una amplia variedad de componentes electrónicos, incluidos diodos emisores de luz LED, fotosensores, comunicaciones y sistemas digitales. Muchos de estos son portátiles y lavables, lo que los hace prácticospara su uso en productos portátiles, pero hasta ahora todos han dependido de una fuente de alimentación externa. Ahora, esta batería de fibra, que también es portátil y lavable, podría permitir que estos dispositivos fueran completamente autónomos.
La nueva batería de fibra se fabrica con nuevos geles de batería y un sistema estándar de estirado de fibra que comienza con un cilindro más grande que contiene todos los componentes y luego lo calienta justo por debajo de su punto de fusión. El material se extrae a través de una abertura estrecha para comprimirtodas las piezas a una fracción de su diámetro original, manteniendo toda la disposición original de las piezas.
Mientras que otros han intentado fabricar baterías en forma de fibra, dice Khudiyev, estas se estructuraron con materiales clave en el exterior de la fibra, mientras que este sistema incrusta el litio y otros materiales dentro de la fibra, con una capa protectora exterior, por lo tanto directamentehaciendo esta versión estable e impermeable. Esta es la primera demostración de una batería de fibra de menos de un kilómetro de largo que es lo suficientemente larga y muy duradera para tener aplicaciones prácticas, dice.
El hecho de que hayan podido fabricar una batería de fibra de 140 metros muestra que "no hay un límite superior obvio para la longitud. Definitivamente podríamos hacer una longitud a escala de kilómetros", dice. Un dispositivo de demostración que utiliza la nueva batería de fibraincorporó un sistema de comunicaciones "Li-Fi", uno en el que se utilizan pulsos de luz para transmitir datos, e incluía un micrófono, preamplificador, transistor y diodos para establecer un enlace de datos ópticos entre dos dispositivos de tela tejida.
"Cuando incrustamos los materiales activos dentro de la fibra, eso significa que los componentes sensibles de la batería ya tienen un buen sellado", dice Khudiyev, "y todos los materiales activos están muy bien integrados, por lo que no cambian de posición" duranteEl proceso de dibujo. Además, la batería de fibra resultante es mucho más delgada y flexible, lo que produce una relación de aspecto, es decir, la fracción de largo a ancho, de hasta un millón, que está mucho más allá de otros diseños, lo que lo hace práctico de usar.equipo de tejido estándar para crear telas que incorporan las baterías y los sistemas electrónicos.
La fibra de 140 metros producida hasta ahora tiene una capacidad de almacenamiento de energía de 123 miliamperios-hora, que puede cargar relojes inteligentes o teléfonos, dice. El dispositivo de fibra tiene solo unos pocos cientos de micrones de grosor, más delgado que cualquier intento anterior de producirbaterías en forma de fibra.
"La belleza de nuestro enfoque es que podemos integrar varios dispositivos en una fibra individual, dice Lee," a diferencia de otros enfoques que necesitan la integración de varios dispositivos de fibra ". Demostraron la integración de LED y batería de iones de litio en una sola fibray cree que se pueden combinar más de tres o cuatro dispositivos en un espacio tan pequeño en el futuro. "Cuando integremos estas fibras que contienen múltiples dispositivos, el agregado avanzará en la realización de una computadora de estructura compacta".
Además de las fibras unidimensionales individuales, que se pueden tejer para producir telas bidimensionales, el material también se puede utilizar en impresión 3D o sistemas de formas personalizadas para crear objetos sólidos, como carcasas que podrían proporcionar tanto la estructurade un dispositivo y su fuente de energía. Para demostrar esta capacidad, se envolvió un submarino de juguete con la fibra de la batería para proporcionarle energía. La incorporación de la fuente de energía en la estructura de tales dispositivos podría reducir el peso total y así mejorar la eficiencia y el alcanceellos pueden lograr.
"Esta es la primera impresión 3D de un dispositivo de batería de fibra", dice Khudiyev. "Si quieres hacer objetos complejos" a través de la impresión 3D que incorporan un dispositivo de batería, dice, este es el primer sistema que puede lograr eso."Después de imprimir, no es necesario agregar nada más, porque todo ya está dentro de la fibra, todos los metales, todos los materiales activos. Es solo una impresión en un solo paso. Esa es la primera vez".
Eso significa que ahora, dice, "las unidades computacionales se pueden colocar dentro de los objetos cotidianos, incluido el Li-Fi".
El equipo ya ha solicitado una patente sobre el proceso y continúa desarrollando nuevas mejoras en la capacidad de energía y variaciones en los materiales utilizados para mejorar la eficiencia. Khudiyev dice que estas baterías de fibra podrían estar listas para su uso en productos comerciales en unos pocos años.
La investigación fue apoyada por el programa MIT MRSEC de la National Science Foundation, el US Army Research Laboratory a través del Institute for Soldier Nanotechnologies, el programa de becas de investigación para graduados de la National Science Foundation y la National Research Foundation of Korea.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por David L. Chandler. Nota: el contenido puede editarse por estilo y longitud.
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