El equipo de investigadores de Markus Niederberger en ETH ha utilizado materiales elásticos para desarrollar una batería que se puede doblar, estirado y retorcido. Para aplicaciones en dispositivos electrónicos flexibles, este es precisamente el tipo de batería que necesitan.

La industria de la electrónica actual se centra cada vez más en computadoras o teléfonos inteligentes con pantallas que se pueden plegar o enrollar. Las prendas de vestir inteligentes utilizan microdispositivos o sensores portátiles para controlar las funciones corporales, por ejemplo. Sin embargo, todos estos dispositivos necesitan una fuente de energía, que suele ser una batería de iones de litio. Desafortunadamente, Las baterías comerciales suelen ser pesadas y rígidas, haciéndolo fundamentalmente inadecuado para aplicaciones en electrónica flexible o textiles.

Markus Niederberger está creando un remedio para este problema, Profesor de Materiales Multifuncionales en ETH Zurich, y su equipo. Los investigadores han desarrollado un prototipo de batería de película delgada flexible que se puede doblar, estirado e incluso retorcido sin interrumpir el suministro de energía.

Lo que hace que esta nueva batería sea especial es su electrolito, esa parte de la batería a través de la cual se mueven los iones de litio cuando la batería está cargada o descargada. Este electrolito fue descubierto por el estudiante de doctorado de ETH Xi Chen, autor principal del estudio que apareció recientemente en la revista científica Materiales avanzados .

Emplear sistemáticamente componentes flexibles

Siguiendo el diseño de baterías comerciales, este nuevo tipo de batería está construido en capas como un sándwich. Sin embargo, marca la primera vez que los investigadores han utilizado componentes flexibles para mantener toda la batería flexible y estirable. "Hasta la fecha, nadie ha empleado exclusivamente componentes flexibles de forma tan sistemática como nosotros para crear una batería de iones de litio, "Dice Niederberger.

Los dos colectores de corriente para el ánodo y el cátodo consisten en un compuesto de polímero flexible que contiene carbono eléctricamente conductor y que también sirve como capa exterior. En la superficie interior del composite, los investigadores aplicaron una fina capa de escamas de plata micronizadas. Debido a la forma en que las escamas se superponen como tejas, no pierden contacto entre sí cuando se estira el elastómero. Esto garantiza la conductividad del colector de corriente incluso si está sometido a un extenso estiramiento. Y en el caso de que los copos de plata de hecho pierdan contacto entre sí, la corriente eléctrica aún puede fluir a través del compuesto que contiene carbono, aunque más débilmente.

Con la ayuda de una máscara, Luego, los investigadores rociaron polvo de ánodo y cátodo en un área definida con precisión de la capa de plata. El cátodo está compuesto por óxido de litio y manganeso y el ánodo es un óxido de vanadio.

Electrolito en gel a base de agua

En el paso final, los científicos apilaron los dos colectores de corriente con los electrodos aplicados uno encima del otro, separados por una capa de barrera similar a un marco de imagen, mientras que el espacio en el marco se llenó con el gel de electrolito.

Niederberger enfatiza que este gel es más amigable con el medio ambiente que los electrolitos comerciales:"El electrolito líquido de las baterías actuales es inflamable y tóxico". A diferencia de, el electrolito en gel que desarrolló su estudiante de doctorado Chen contiene agua con una alta concentración de una sal de litio, que no solo facilita el flujo de iones de litio entre el cátodo y el ánodo mientras la batería se carga o descarga, pero también evita que el agua se descomponga electroquímicamente.

Los científicos unieron las distintas partes de su prototipo con adhesivo. "Si queremos comercializar la batería, tendremos que encontrar otro proceso que lo mantenga sellado herméticamente durante un período de tiempo más largo, "Dice Niederberger.

Numerosas aplicaciones potenciales

Cada día surgen más aplicaciones para una batería como esta. Los fabricantes de teléfonos móviles de renombre compiten entre sí para producir dispositivos con pantallas plegables. Otras posibilidades incluyen pantallas enrollables para computadoras, relojes inteligentes y tabletas, o textiles funcionales que contienen componentes electrónicos flexibles, y todos ellos requieren una fuente de alimentación flexible. "Por ejemplo, podría coser nuestra batería directamente en la ropa, "Niederberger dice. Lo importante es, en caso de fuga de la batería, para asegurarse de que los líquidos que salen no causen daños. Aquí es donde el electrolito del equipo ofrece una ventaja considerable.

Sin embargo, Niederberger enfatiza que se necesita más investigación para optimizar la batería flexible antes de considerar su comercialización. Sobre todo, el equipo tiene que aumentar la cantidad de material de electrodo que puede contener. Un nuevo estudiante de doctorado ha comenzado recientemente a perfeccionar la fuente de alimentación extensible. El inventor del prototipo inicial, Xi Chen, regresó a su tierra natal de China después de completar su tesis doctoral para aceptar un nuevo trabajo, como consultor para la industria de las baterías.