Um cubo de açúcar serve como um modelo para novo elástico, como esponja, eletrodos de bateria à base de grafeno. Crédito:Li et al. © 2017 WILEY-VCH
(Phys.org) —Os cientistas têm usado cubos de açúcar como modelo para sintetizar eletrodos elásticos de bateria, que servem como um componente-chave em baterias de íon de sódio recentemente projetadas, elásticas e mecanicamente robustas. Embora tenha havido recentemente muitas pesquisas sobre baterias extensíveis, geralmente esses dispositivos ainda contêm alguns componentes rígidos. Usando eletrodos modelados em cubos de açúcar, a nova bateria é uma das primeiras baterias de íon de sódio cujos componentes são totalmente extensíveis.
Os cientistas, liderado por Guihua Yu na Universidade do Texas em Austin, publicaram um artigo sobre as novas baterias extensíveis em uma edição recente da Materiais avançados .
Começando com cubos de açúcar, os pesquisadores conseguiram obter o tamanho, forma, e porosidade necessária para eletrodos de bateria de alto desempenho. Os pesquisadores primeiro colocaram cubos de açúcar comuns em cima de um gel de polímero em um prato. Depois que o prato foi colocado no vácuo, aquecido em um forno, e lavado, o açúcar foi dissolvido e o gel de polímero tomou seu lugar, resultando em esponjas de polímero extensíveis. Os poros das esponjas de polímero foram então preenchidos com uma solução condutora à base de grafeno para criar "eletrodos de esponja, "que os pesquisadores conseguiram imergindo as esponjas na solução e espremendo várias vezes para absorvê-la.
Como os pesquisadores explicaram, a arquitetura porosa da esponja fornece uma combinação de extensibilidade, força mecânica, transporte rápido de íons de sódio, e grande capacidade de armazenamento. Os testes mostraram que a bateria cheia pode ser esticada em 50% além de seu comprimento original, e que a deformação é limitada pelas propriedades intrínsecas do material polimérico. Os pesquisadores esperam que a modificação do polímero ou o desenvolvimento de um novo elastômero com nanoarquitetura poderia aumentar ainda mais a elasticidade da bateria.
A bateria completa de íon de sódio extensível é anexada a uma cinta de cotovelo atlética em diferentes estados de flexão, onde alimenta continuamente uma luz LED comercial. Crédito:Li et al. © 2017 WILEY-VCH
"Este projeto de bateria pioneiro mantém melhores propriedades mecânicas em comparação com a maioria dos projetos relatados usando um ou mais componentes rígidos que não atendem ao requisito de elasticidade de todo o dispositivo, "Yu disse ao Phys.org." Além disso, o desempenho eletroquímico demonstrado rivaliza com a maioria dos sistemas de energia extensíveis relatados anteriormente. Esta nova bateria extensível de íon de sódio representa uma alternativa promissora para a próxima geração de tecnologias de armazenamento de energia em uma ampla gama de aplicações. "
Em sua forma atual, a bateria retém quase 90% de sua capacidade após 100 ciclos de alongamento até 50% de esforço. Este desempenho é suficiente para permitir que os pesquisadores montem a bateria extensível em uma cinta de cotovelo, e demonstrar que a bateria continua a alimentar um LED quando o braço do usuário é dobrado em ângulos diferentes. A bateria extensível tem aplicações potenciais em sensores de pele de monitoramento de saúde adaptáveis, dispositivos de comunicação vestíveis, displays de roll-up, e dispositivos médicos implantáveis.
No futuro, os pesquisadores planejam fazer mais melhorias na bateria, como estender a vida útil e dimensionar o design para baterias maiores. Eles prevêem que o design da esponja também pode ser estendido a outros tipos de dispositivos, como dispositivos de captação de energia.
"As direções futuras serão focadas em melhorar ainda mais as propriedades mecânicas e o desempenho eletroquímico, junto com a redução do custo de fabricação, "Yu disse.
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