Dentro dos telefones celulares modernos estão bilhões de interruptores em nanoescala que ligam e desligam, permitindo que o telefone funcione. Esses interruptores, chamados transistores, são controlados por um sinal elétrico que é fornecido por meio de uma única bateria. Esta configuração de uma bateria para alimentar vários componentes funciona bem para as tecnologias de hoje, mas há espaço para melhorias. Cada vez que um sinal é canalizado da bateria para um componente, algum poder é perdido na jornada. Acoplar cada componente à sua própria bateria seria uma configuração muito melhor, minimizando a perda de energia e maximizando a vida útil da bateria. Contudo, no mundo atual da tecnologia, as baterias não são pequenas o suficiente para permitir esse arranjo - pelo menos não ainda.

Agora, O Laboratório Lincoln do MIT e o Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais do MIT fizeram progressos no desenvolvimento de baterias de hidrogênio em nanoescala que usam tecnologia de separação de água. Com essas baterias, os pesquisadores pretendem entregar uma carga mais rápida, Vida longa, e menos energia desperdiçada. Além disso, as baterias são relativamente fáceis de fabricar em temperatura ambiente e se adaptam fisicamente às necessidades estruturais únicas.

"As baterias são um dos maiores problemas que enfrentamos no Laboratório, "diz Raoul Ouedraogo, que é do Grupo de Sensores e Técnicas Avançadas do Lincoln Laboratory e é o investigador principal do projeto. "Há um interesse significativo em sensores altamente miniaturizados que vão do tamanho de um cabelo humano. Poderíamos fazer esses tipos de sensores, mas boa sorte em encontrar uma bateria tão pequena. As baterias atuais podem ser redondas como células tipo moeda, em forma de tubo, ou fino, mas em uma escala de centímetros. Se tivermos a capacidade de colocar nossas próprias baterias em qualquer forma ou geometria e de forma barata, abre portas para uma série de aplicações. "

A bateria ganha carga ao interagir com as moléculas de água presentes no ar circundante. Quando uma molécula de água entra em contato com o reativo, seção de metal externa da bateria, ele é dividido em suas partes constituintes - uma molécula de oxigênio e duas de hidrogênio. As moléculas de hidrogênio ficam presas dentro da bateria e podem ser armazenadas até que estejam prontas para serem usadas. Neste estado, a bateria está "carregada". Para liberar a carga, a reação se inverte. As moléculas de hidrogênio voltam através da seção de metal reativo da bateria e se combinam com o oxigênio do ar circundante.

Até aqui, os pesquisadores construíram baterias com 50 nanômetros de espessura - mais finas que um fio de cabelo humano. Eles também demonstraram que a área das baterias pode ser dimensionada de centímetros a nanômetros. Essa capacidade de escalonamento permite que as baterias sejam facilmente integradas perto de transistores em um nível nano e micro, ou próximo a componentes e sensores no nível de milímetros e centímetros.

"Um recurso útil dessa tecnologia é que as camadas de óxido e metal podem ser padronizadas facilmente em geometrias personalizadas em escala nanométrica, tornando simples construir padrões complexos de bateria para uma aplicação específica ou depositá-los em substratos flexíveis, "diz Annie Weathers, um membro da equipe do laboratório químico, Micro sistema, e Nanoscale Technologies Group, quem também está envolvido no projeto.

As baterias também demonstraram uma densidade de energia duas ordens de magnitude maior do que a maioria das baterias usadas atualmente. Uma densidade de potência mais alta significa mais potência de acordo com o volume da bateria.

"O que eu acho que fez este projeto funcionar é o fato de que nenhum de nós é baterista, "diz Ouedraogo." Às vezes, é preciso alguém de fora para ver coisas novas. "

Atualmente, técnicas de divisão de água são usadas para gerar hidrogênio para necessidades industriais em grande escala. Este projeto será o primeiro a aplicar a técnica de criação de baterias, e em escalas muito menores.

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.