Baterias biomórficas guardam energia na pele dos robôs

Redação do Site Inovação Tecnológica - 21/08/2020

Robôs de brinquedo tiveram suas carenagens de plástico substituídas pelas baterias de zinco-ar.
[Imagem: Mingqiang Wang et al. - 10.1126/scirobotics.aba1912]

Bateria biomórfica

Do mesmo modo que as reservas biológicas de gordura armazenam energia nos animais, uma nova bateria recarregável de zinco se integra à estrutura de um robô para fornecer muito mais energia do que as baterias atuais.

Uma nova abordagem para aumentar a capacidade dos robôs é muito bem-vinda, à medida que os robôs encolhem para a microescala ou precisam ser leves para levar mais cargas, como os drones de entrega.

"Nenhuma outra bateria estrutural relatada é comparável, em termos de densidade de energia, às baterias de lítio avançadas de hoje. Melhoramos nossa versão anterior de baterias de zinco estruturais em 10 medidas diferentes, algumas das quais são 100 vezes melhores, para fazer isso acontecer," disse o professor Nicholas Kotov, da Universidade de Michigan, que havia apresentado a primeira versão de sua bateria de zinco em fevereiro do ano passado.

A combinação de alta densidade de energia e materiais baratos significa que a bateria tem potencial para dobrar o alcance dos robôs de entrega.

"E isto não é o limite. Estimamos que os robôs poderiam ter 72 vezes mais capacidade de energia se seus exteriores fossem substituídos por baterias de zinco, em comparação com uma única bateria de íons de lítio," disse o pesquisador Mingqiang Wang.

Bateria de zinco-ar

A nova bateria funciona passando íons hidróxido entre um eletrodo de zinco e o ar através de uma membrana eletrolítica. Essa membrana é parcialmente uma rede de nanofibras de aramida - as fibras à base de carbono encontradas nos coletes de Kevlar - e um novo gel de polímero à base de água. O gel ajuda a transportar os íons hidróxido entre os eletrodos.

Feita com materiais baratos, abundantes e em grande parte não-tóxicos, a bateria é um pouco mais ecológica do que as atualmente em uso. As nanofibras de gel e aramida não pegam fogo se a bateria estiver danificada, ao contrário do eletrólito inflamável nas baterias de íon de lítio. E as nanofibras de aramida podem ser recicladas.

Para demonstrar suas baterias, os pesquisadores usaram robôs de brinquedo miniaturizados e de tamanho normal com formas de um verme e um escorpião, substituindo as baterias originais por baterias de zinco-ar.

Eles conectaram as células aos motores e as envolveram ao redor dos robôs, simulando o uso das carenagens dos robôs como fontes de energia, no que a equipe chama de "baterias biomórficas". Tudo funcionou e a autonomia dos robôs aumentou drasticamente.

Mas nem tudo está pronto para revolucionar a robótica: A grande desvantagem das baterias de zinco é que elas mantêm alta capacidade por apenas cerca de 100 ciclos, em vez dos 1.000 ou mais que esperamos das baterias de íons de lítio em nossos celulares.

Isso ocorre porque o zinco metálico forma pontas que eventualmente perfuram a membrana entre os eletrodos, e a bateria deixa de funcionar.

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