Com o recente desenvolvimento crescente de peso leve, portátil, eletrônicos flexíveis e usáveis ​​para dispositivos biomédicos e de saúde, há uma necessidade urgente de explorar novas fontes de energia com maior flexibilidade e adaptabilidade humana / tecido. Agora, pesquisadores desenvolveram baterias de metal-ar de última geração, que podem ser facilmente fabricados em células flexíveis e semelhantes a pulseiras. Embora exijam mais desenvolvimento antes de estarem prontos para o mercado, estudos atuais estabeleceram evidências sólidas de que esses dispositivos podem fornecer enormes oportunidades para a próxima geração de sistemas flexíveis, fontes de energia vestíveis e bio-adaptáveis.

"Teoricamente, As baterias de ar de magnésio com eletrólito neutro possuem vantagens potenciais em aplicações biomédicas em relação a outras contrapartes de ar de metal com base alcalina, "diz o Dr. Chong Cheng, um pesquisador da AvH e especialista em nanomateriais de carbono no Departamento de Química da Freie Universität Berlin (Alemanha). Contudo, a aplicação convencional de baterias Mg-air enfrentou vários desafios, uma delas é a lenta cinética da reação de redução de oxigênio (ORR) no cátodo de ar. Atualmente, o projeto racional de eletrodos de oxigênio avançados para baterias de Mg-ar com alta tensão de descarga e capacidade em condições neutras ainda permanece um grande desafio. Até agora, pesquisadores não perceberam a síntese escalonável de eletrocatalisador de oxigênio à base de carbono integrado com alta atividade catalítica ORR, estruturas mesoporosas abertas e interconectadas, e canais porosos 3-D para o cátodo de ar.

Para superar a limitação atual na cinética de reação lenta de cátodos de ar em baterias de Mg-ar, O Dr. Chong Cheng da Freie Universität em Berlin e o Dr. Shuang Li da Technische Universität Berlin alcançaram a síntese escalonável de Fe-Nx atômico acoplado a nanofibras de carbono dopadas com N mesoporosas como eletrodo de oxigênio avançado para baterias de Mg-ar.

"Inspirado nas estruturas de cordas fibrosas do bufo-spawn, projetamos uma nova estratégia de fabricação com base na eletrofiação de solução de nanoagregados de sílica ramificada em poliacrilonitrila e um revestimento secundário e carbonização de uma camada fina de estruturas de imidazolato zeolítico dopado com Fe, que dotam as nanofibras de carbono fabricadas com uma estrutura mesoporosa aberta e sítios catalíticos atômicos de Fe-Nx homogeneamente acoplados, "disseram os pesquisadores.

O eletrocatalisador de oxigênio obtido e o cátodo de ar adequadamente construído mostram inúmeras vantagens, que incluem estruturas interconectadas e redes 3-D hierarquicamente porosas para íons / difusão de ar, boa bio-adaptabilidade, e alto desempenho eletrocatalítico de oxigênio para eletrólitos alcalinos e neutros. Mais importante, as baterias de Mg-ar montadas com eletrólitos neutros revelam alta tensão de circuito aberto, platôs de tensão de descarga estável, alta capacidade, longa vida operacional, e boa flexibilidade.

As baterias Mg-air ainda não estão prontas para dispositivos eletrônicos e biomédicos comerciais, mas esse futuro parece um pouco mais próximo. "Acreditamos que este novo eletrodo de oxigênio pode atender aos desafios e necessidades urgentes de catodos de ar eficientes em baterias de Mg-ar com eletrólitos neutros, mas mais trabalho ainda é necessário, "diz o Prof. Rainer Haag.