Mostrando a flexibilidade de um eletrodo orgânico monolítico Crédito:Soojin Park (POSTECH)
Com o lançamento de dispositivos vestíveis e smartphones que requerem uma alta capacidade de eletricidade, como telefones dobráveis e telefones 5G, o interesse por baterias está aumentando e vários tipos de baterias estão em desenvolvimento. Por exemplo, baterias flexíveis incorporadas em uma pulseira de relógio móvel ou baterias de compartilhamento de energia sem fio desenvolvidas a partir do carregamento sem fio. Contudo, atualmente não há processo de fabricação para uma bateria que produz milhares de miliamperes por hora (mAh) com capacidade para ser dobrável. Recentemente, uma equipe de pesquisa da Coréia desenvolveu um eletrodo monolítico que pode substituir coletores de cobre pesados e possibilitou o desenvolvimento de uma bateria flexível com alta capacidade.
Professor Soojin Park da Divisão de Química e Ciência de Materiais Avançados com seu pesquisador de pós-doutorado, Jaegeon Ryu e seu Ph.D. aluna, Jieun Kang desenvolveu com sucesso uma bateria flexível com eletrodos orgânicos finos e tridimensionais em colaboração com o Instituto Coreano de Ciência de Materiais.
Além disso, eles foram capazes de reduzir o peso de uma bateria em 10 vezes mais do que o coletor de cobre convencional usando um coletor de cobre tridimensional. Em vez de usar um ânodo de grafite, eles utilizaram materiais orgânicos e foram capazes de aumentar a densidade de energia de uma bateria em quatro vezes ou mais. Sua pesquisa foi publicada na edição recente da ACS Nano .
A condutividade elétrica de um material orgânico é baixa e não havia solução para integrar um coletor e material orgânico. Por esta razão, não foi possível demonstrar um eletrodo monolítico com materiais orgânicos antes de seu estudo. A equipe de pesquisa estudou uma nova maneira de substituir um coletor de corrente que torna uma bateria pesada e um ânodo de grafite com baixa densidade de energia para diminuir de forma inovadora o peso da bateria.
Demonstração da bateria flexível usando eletrodo orgânico monolítico Crédito:Soojin Park (POSTECH)
A equipe produziu uma estrutura tridimensional com alta condutividade elétrica usando aerogéis de nanotubo de carbono de parede única (SWCNT). Aqui, eles construíram eletrodos orgânicos monolíticos finos revestindo uma rede baseada em imida em escala nanométrica (IBN) 2) de material orgânico.
Os eletrodos monolíticos tridimensionais revestidos com camadas orgânicas de IBN finas de 8 nm e espessas ajustáveis proporcionaram capacidade de até 1550 mA h g -1 e tinha capacidade para recarregar mais de 800 vezes. Esses eletrodos foram revestidos com materiais orgânicos. Apesar de sua baixa condutividade elétrica intrínseca, eles tinham alta condutividade elétrica e também demonstraram desempenho eletroquímico aprimorado da bateria recarregável, ajudando a transferência rápida de lítio através de locais redox-ativos abundantes. Além disso, a espessura dos materiais orgânicos revestidos pode ser controlada facilmente e eles foram capazes de melhorar muito a densidade de corrente do eletrodo orgânico.
O eletrodo recém-desenvolvido pode substituir coletores baseados em metal e isso permite o desenvolvimento de uma bateria recarregável leve e flexível que mais tarde pode ser aplicada a dispositivos eletrônicos vestíveis, dispositivos flexíveis, veículos de telecomunicações e eletrônicos de última geração.
O professor Soojin Park, que liderou a pesquisa, comentou:"Podemos reduzir enormemente o peso de uma bateria recarregável usando este eletrodo monolítico recém-desenvolvido com materiais orgânicos SWCNT. Isso pode superar as limitações da bateria recarregável convencional e pode proporcionar flexibilidade e redução de peso de uma bateria orgânica."
