Energia

Método de fabricação de microbaterias

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/09/2003

Pesquisadores da Universidade de Tulsa (Estados Unidos) acabam de conseguir a patente para um novo método de fabricação de nanobaterias para uso em equipamentos minúsculos, chamados MEMS ("MicroElectroMechanical Systems") e NEMS ("NanoElectroMechanical Systems"). A pesquisa foi feita pelos químicos Dale Teeters, Nina Korzhova e Lane Fisher.

O que é mais importante é que a invenção não consiste nas baterias propriamente ditas, mas no processo de fabricá-las. Esse é o maior desafio de qualquer inovação tecnológica. Embora grandes possibilidades técnicas possam ser mostradas, fabricá-las e, mais ainda, a custos competitivos, é o grande desafio. Os pesquisadores já conseguiram fabricar baterias tão pequenas que quarenta delas empilhadas atingem a espessura de um fio de cabelo humano. Um fio de cabelo humano típico mede cerca de 50.000 nanômetros ou 50 micrômetros.

O processo agora patenteado abrange não apenas a fabricação, mas também o carregamento e teste das diminutas baterias. Ele pode ser comparado à montagem de uma torta, quando várias camadas são montadas em seqüência. O método inclui o uso de uma membrana porosa, o preenchimento dos poros com um eletrólito e o fechamento dos poros com um eletrodo, que serve de tampa dos poros.

O processo de fabricação das microbaterias começa com uma folha de alumínio que, colocada em uma solução ácida sob corrente elétrica, resulta em uma membrana de óxido de alumínio. Quando o metal é dissolvido, forma-se uma estrutura parecida com favos de mel. Os poros são então preenchidos com um eletrólito, um polímero semelhante ao plástico, que faz o trabalho equivalente ao líquido de uma bateria de carro. A seguir os poros já cheios têm suas duas extremidades tampadas com eletrodos, feitos de partículas de carbono ou cerâmica.

As ferramentas-chave nesse processo de fabricação são dois microscópios de última geração: um SEM ("Scanning Electron Microscope") ou microscópio de tunelamento eletrônico e um AFM ("Atomic Force Microscope") ou microscópio de força atômica. Esses dois microscópios são capazes de visualizar e manipular até moléculas individuais e são utilizados para dar a carga nas microbaterias. Cada uma das microbaterias é capaz de gerar até 3,5 volts.

A agulha dos microscópios é feita sob medida para o processo de fabricação das microbaterias. Ao tocar o eletrodo, a agulha funciona tanto como carregador das baterias, como também consegue efetuar o teste de seu funcionamento. A agulha utilizada mede cerca de 20 nanômetros de diâmetro, tão pequena que não pode ser vista por nenhum microscópio ótico, por ser menor do que o comprimento de onda da luz visível.

"Os materiais exercem uma atração mútua quando a distância entre os dois se aproxima da escala atômica," explica Teeters. Quando a ponta do microscópio efetua uma varredura ao longo da superfície do material, a uma altura constante, ela sofre uma força atrativa que aumenta ou diminui conforme a topografia da superfície. Um computador mostra o "relevo" da superfície. Por exemplo, a imagem de uma camada de mica, um mineral isolante, tem um padrão semelhante ao xadrez de um tabuleiro de jogos. As saliências no material são átomos individuais de oxigênio. Este tipo de instrumento é essencial para o desenvolvimento de equipamentos na escala nanométrica, com é o caso da fabricação das microbaterias.

À medida em que os equipamentos eletrônicos e médicos tornam-se menores, cogitando-se inclusive acerca de sondas robóticas que possam ser injetadas nas veias para levar medicamentos a pontos específicos do organismo, torna-se necessário a fabricação das baterias que abastecerão esses microrobôs. As microbaterias criadas pela equipe do Dr. Teeters servem bem a essas função.