Mostrando la flexibilidad de un electrodo orgánico monolítico Crédito:Soojin Park (POSTECH)
Con el lanzamiento de dispositivos portátiles y teléfonos inteligentes que requieren una alta capacidad de electricidad, como teléfonos plegables y teléfonos 5G, el interés por las baterías está aumentando y se están desarrollando varios tipos de baterías. Por ejemplo, baterías flexibles integradas en una correa de reloj móvil o baterías inalámbricas para compartir energía que se han desarrollado a partir de la carga inalámbrica. Sin embargo, Actualmente no existe un proceso de fabricación para una batería que produzca miles de miliamperios hora (mAh) con la capacidad de ser plegable. Recientemente, un equipo de investigación de Corea desarrolló un electrodo monolítico que puede reemplazar los colectores de cobre pesados y permitió el desarrollo de una batería tan flexible con alta capacidad.
El profesor Soojin Park de la División de Química y Ciencia de Materiales Avanzados con su investigador postdoctoral, Jaegeon Ryu y su Ph.D. estudiante, Jieun Kang desarrolló con éxito una batería flexible con electrodos orgánicos delgados y tridimensionales en colaboración con el Instituto Coreano de Ciencia de Materiales.
Es más, pudieron reducir el peso de una batería en 10 veces más que el colector de cobre convencional utilizando un colector de cobre tridimensional. En lugar de utilizar un ánodo de grafito, utilizaron materiales orgánicos y pudieron aumentar cuatro veces o más la densidad de energía de una batería. Su investigación fue publicada en la edición reciente de ACS Nano .
La conductividad eléctrica de un material orgánico es baja y no había solución para integrar un colector y material orgánico. Por esta razón, no había sido posible demostrar un electrodo monolítico con materiales orgánicos antes de su estudio. El equipo de investigación estudió una nueva forma de reemplazar un colector de corriente que hace que una batería sea pesada y un ánodo de grafito con baja densidad de energía para reducir de manera innovadora el peso de la batería.
Demostración de la batería flexible utilizando un electrodo orgánico monolítico Crédito:Soojin Park (POSTECH)
El equipo produjo una estructura tridimensional con alta conductividad eléctrica utilizando aerogeles de nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT). Aquí, construyeron electrodos orgánicos monolíticos delgados recubriendo un material orgánico de red basada en imidas (IBN) 2) a escala nanométrica.
Los electrodos monolíticos tridimensionales recubiertos con capas de IBN orgánicas de espesor ajustable y delgadas de 8 nm proporcionaron una capacidad de hasta 1550 mA h g -1 y tenía la capacidad de recargar más de 800 veces. Estos electrodos se recubrieron con materiales orgánicos. A pesar de su pobre conductividad eléctrica intrínseca, tenían una alta conductividad eléctrica y también demostraron un rendimiento electroquímico mejorado de la batería recargable al ayudar a la transferencia rápida de litio a través de abundantes sitios con actividad redox. Es más, El espesor de los materiales orgánicos revestidos se puede controlar fácilmente y pudieron mejorar en gran medida la densidad de corriente del electrodo orgánico.
El electrodo recientemente desarrollado puede reemplazar los colectores de metal y esto permite el desarrollo de una batería recargable ligera y flexible que luego se puede aplicar a dispositivos electrónicos portátiles. dispositivos flexibles, vehículos de telecomunicaciones y electrónicos de la próxima generación.
El profesor Soojin Park, que dirigió la investigación, comentó:"Podemos reducir enormemente el peso de una batería recargable mediante el uso de este electrodo monolítico recientemente desarrollado con materiales orgánicos SWCNT. Esto puede superar las limitaciones de la batería recargable convencional y puede lograr la flexibilidad y el aligeramiento de una batería orgánica".
