(PhysOrg.com) - Los investigadores de la Universidad de Rice se han acercado un paso más a la creación de microbaterías tridimensionales que se cargarían más rápido y tendrían otras ventajas sobre las baterías de iones de litio convencionales. Podrían alimentar nuevas generaciones de sensores remotos, pantallas de visualización, tarjetas inteligentes, electrónica flexible y dispositivos biomédicos.

Las baterías emplean matrices verticales de nanocables de níquel-estaño perfectamente encapsulados en PMMA, un polímero ampliamente utilizado mejor conocido como plexiglás. El laboratorio Rice de Pulickel Ajayan encontró una manera de recubrir de manera confiable nanocables individuales con una capa suave de un electrolito en gel a base de PMMA que aísla los cables del contraelectrodo al tiempo que permite el paso de los iones.

El trabajo fue reportado esta semana en la edición en línea de la revista. Nano letras .

"En una batería, tienes dos electrodos separados por una barrera gruesa, "dijo Ajayan, profesor de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales y de química. "El desafío es acercarlo todo para que esta electroquímica sea mucho más eficiente".

Ajayan y su equipo creen que lo han logrado al cultivar bosques de nanocables recubiertos, millones de ellos en un chip del tamaño de una uña, para microdispositivos escalables con mayor área de superficie que las baterías convencionales de película delgada. "No se puede simplemente escalar el grosor de una batería de película delgada, porque la cinética de iones de litio se volvería lenta, "Dijo Ajayan.

"Queríamos averiguar cómo se pueden construir los diseños de baterías en 3D propuestos desde la nanoescala hacia arriba, "dijo Sanketh Gowda, estudiante de posgrado en el laboratorio de Ajayan. "Al aumentar la altura de los nanocables, podemos aumentar la cantidad de energía almacenada manteniendo constante la distancia de difusión de iones de litio ".

Los investigadores, dirigido por Gowda y la investigadora postdoctoral Arava Leela Mohana Reddy, trabajó durante más de un año para perfeccionar el proceso.

"Para ser justo, el concepto 3-D ha existido por un tiempo, "Dijo Reddy." El gran avance aquí es la capacidad de poner una capa conforme de PMMA en un nanoalambre a largas distancias. Incluso una pequeña rotura en el recubrimiento lo destruiría ". Dijo que se está probando el mismo enfoque en sistemas de nanocables con capacidades más altas.

El proceso se basa en la investigación previa del laboratorio para construir cables de nanocables coaxiales que se informó en Nano letras el año pasado. En el nuevo trabajo los investigadores cultivaron nanocables de 10 micrones de largo mediante electrodeposición en los poros de una plantilla de alúmina anodizada. Luego ensancharon los poros con una técnica simple de grabado químico y recubrieron con PMMA la matriz para dar a los nanocables una carcasa uniforme de arriba a abajo. Un lavado químico eliminó la plantilla.

Han construido microbaterías de un centímetro cuadrado que retienen más energía y se cargan más rápido que las baterías planas de la misma longitud de electrodo. "Al ir a 3-D, podemos entregar más energía en el mismo espacio, "Dijo Gowda.

Sienten que el recubrimiento de PMMA aumentará la cantidad de veces que se puede cargar una batería al estabilizar las condiciones entre los nanocables y el electrolito líquido. que tienden a descomponerse con el tiempo.

El equipo también está estudiando cómo el ciclismo afecta a los nanocables que, como electrodos de silicona, expandirse y contraerse a medida que los iones de litio van y vienen. Las imágenes de microscopio electrónico de nanocables tomadas después de muchos ciclos de carga / descarga no mostraron roturas en la carcasa de PMMA, ni siquiera poros. Esto llevó a los investigadores a creer que el recubrimiento resiste la expansión de volumen en el electrodo, lo que podría aumentar la vida útil de las baterías.