(Phys.org) - Al doblar una batería de iones de litio de papel en un patrón Miura-ori (similar a cómo se doblan algunos mapas), Los científicos han demostrado que la batería exhibe un aumento de 14 veces en la densidad de energía y la capacidad de área debido a su huella más pequeña. Las baterías de papel ya son atractivas debido a su bajo costo, métodos de fabricación de rollo a rollo, y flexibilidad. Las ventajas de plegarlas en tamaños más pequeños se suman a estas características y podrían conducir a baterías de alto rendimiento para diversas aplicaciones.

Los investigadores, Qian Cheng, et al., de la Universidad Estatal de Arizona, han publicado un artículo sobre el plegado de baterías de iones de litio a base de papel en un número reciente de Nano letras .

"Las baterías plegables pueden ser útiles para alimentar dispositivos que tienen un espacio limitado a bordo, "la coautora Candace Chan, Profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad Estatal de Arizona, dicho Phys.org . "Es más, con el desarrollo de la electrónica plegable basada en papel demostrado recientemente por otros grupos de investigación, una batería que también se puede plegar puede ser importante para la integración de la fuente de alimentación y otros componentes en una sola, Dispositivo totalmente plegable ".

En el estudio actual, los científicos utilizaron baterías de iones de litio fabricadas con tinta de nanotubos de carbono (CNT) como colectores de corriente; polvos convencionales a base de litio como electrodos; y delgado, Kimwipes porosos ^TM como sustratos de papel. Los investigadores también agregaron un recubrimiento de difluoruro de polivinilideno (PVDF) para mejorar la adhesión de la tinta CNT a los sustratos del papel. Las baterías finales mostraron una buena conductividad y, después de una pérdida de capacidad irreversible después del primer ciclo, una capacidad relativamente estable.

Los investigadores experimentaron con un simple plegado de los papeles por la mitad y el patrón de plegado Miura-ori más complicado. Usando el patrón simple de doblar por la mitad, los investigadores encontraron que uno, dos, y tres pliegues dan como resultado un aumento de la densidad y la capacidad de energía del área en 1,9, 4,7, y 10,6 veces en comparación con una batería plana. El patrón Miura-ori podría doblar el papel de manera aún más eficiente:doblar una batería de 6 cm x 7 cm en una pila de 25 capas aumenta la densidad de energía y la capacidad del área en 14 veces y da un área total de solo 1,68 cm ² .

"Usamos la densidad 'areal' para mostrar que la densidad de energía por área de huella aumenta, "Chan explicó." Esto es diferente de la densidad de energía gravimétrica, ya que la cantidad de masa en las baterías no cambia cuando se pliega y se despliega. Así que decir densidad 'de área' aclara a qué densidad nos estamos refiriendo ".

En general, las baterías dobladas en el patrón simple mantuvieron un rendimiento electroquímico similar al de las baterías planas. Las eficiencias de Coulombic para las baterías plegadas fueron incluso más altas que las de las baterías desplegadas, lo que puede deberse a un mejor contacto entre los materiales de los electrodos y los CNT después del plegado. Las imágenes SEM mostraron cierta deslaminación de la capa de CNT en el vértice correspondiente a la intersección de dos pliegues perpendiculares; sin embargo, no se observó más delaminación o agrietamiento lejos de la intersección.

Las baterías dobladas en el patrón Miura-ori tenían un rendimiento ligeramente reducido en comparación con las baterías planas, incluyendo una menor capacidad de descarga y capacidad específica. Los investigadores creen que estas pérdidas pueden deberse a la delaminación en las intersecciones de los pliegues perpendiculares, ya que estas baterías contienen 16 vértices. Para evitar cortocircuitos en las baterías, los investigadores utilizaron una película delgada aislante flexible, Parileno-C, entre capas.

Los resultados ofrecen una primera visión del potencial de utilizar el plegado para aumentar la densidad de energía y la capacidad de las baterías de iones de litio. En el futuro, avances en algoritmos de plegado geométrico, herramientas computacionales, y la manipulación del robot podría conducir a patrones de plegado más complejos y permitir que las baterías se fabriquen a gran escala para aplicaciones comerciales.

"Hay infinitas posibilidades de utilizar conceptos de plegado y origami para impartir nuevas formas, diseño geométrico, y nuevas funcionalidades para dispositivos de almacenamiento de energía basados ​​en papel que antes no eran posibles, "Dijo Chan.

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