Bateria totalmente elástica para eletrônicos flexíveis

Redação do Site Inovação Tecnológica - 29/07/2024

Mesmo esticando muito, a bateria eliminou o problema do eletrólito líquido.
[Imagem: Shi Wang et al. - 10.1021/acsenergylett.4c01254]

Bateria que estica

Dispositivos eletrônicos flexíveis estão ganhando força, sobretudo como monitores de saúde vestíveis. O problema tem sido casá-los com as baterias, que são tipicamente rígidas e pesadas.

De olho nessa oportunidade, Shi Wang e colegas da Universidade de Correios e Telecomunicações de Nanjing, na China, criaram uma bateria de íons de lítio usando apenas componentes totalmente extensíveis, incluindo uma camada de eletrólito que pode se expandir em 5.000%.

Vários pesquisadores já tentaram construir essas baterias, o que gerou protótipos feitos com tecido condutor ou componentes rígidos dobrados em formas expansíveis, semelhantes ao origami. Mas, para uma bateria verdadeiramente maleável, todas as partes - os eletrodos que coletam a carga e a camada intermediária de eletrólito - devem ser elásticas. Por outro lado, protótipos de baterias verdadeiramente elásticas contam com uma elasticidade apenas moderada, além de processos de montagem complexos e capacidade limitada de armazenamento de energia.

O maior problema tem sido manter o funcionamento da bateria ao longo do tempo, com cargas e descargas repetidas, porque a conexão entre a camada eletrolítica e os eletrodos fica fraca, além do que o eletrólito fluido produz instabilidade.

Então, em vez de usar um líquido, Wang e seus colegas incorporaram o eletrólito em uma camada de polímero fundida entre dois filmes de eletrodo flexíveis, para criar uma bateria completamente elástica, mas também completamente sólida.

Etapas de fabricação da bateria esticável.
[Imagem: Shi Wang et al. - 10.1021/acsenergylett.4c01254]

E estica muito

Para fazer os eletrodos elásticos, a equipe criou uma fina película de pasta condutora contendo nanofios de prata, negro de fumo e materiais de cátodo ou ânodo à base de lítio. Uma camada de polidimetilsiloxano, um material flexível comumente usado em lentes de contato, foi então aplicada por cima dessa película. Diretamente sobre esse filme, foi adicionado um sal de lítio, um líquido altamente condutor e os ingredientes para fazer um polímero elástico.

Quando ativados pela luz, esses componentes se combinam para formar uma camada sólida, mas com a textura de uma borracha, capaz de se esticar até 5.000% do seu comprimento original e, mais importante, de manter a capacidade de transporte dos íons de lítio mesmo esticada.

O protótipo manteve sua capacidade de armazenamento de carga após 70 ciclos de carga/descarga, o que é muito bom para uma primeira versão viável de uma bateria de íons de lítio esticável. Além disso, a capacidade média de carga foi cerca de seis vezes maior em uma taxa de carregamento rápido, em comparação com projetos semelhantes usando eletrólitos líquidos.

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