Mergulhando papel ou tecido comum em uma tinta especial infundida com nanopartículas, O engenheiro de Stanford, Yi Cui, encontrou uma maneira de fabricar baterias de papel leve e supercapacitores de maneira econômica e eficiente (que, como baterias, armazenar energia, mas por meios eletrostáticos em vez de químicos), além de extensível, têxteis condutores conhecidos como "eTextiles" - capazes de armazenar energia enquanto retêm as propriedades mecânicas de papel ou tecido comum.

Embora a tecnologia ainda seja nova, A equipe de Cui imaginou vários usos funcionais para suas invenções. As casas do futuro poderão um dia ser revestidas com papéis de parede que armazenam energia. Os amantes de gadgets podem carregar seus aparelhos portáteis em qualquer lugar, simplesmente conectando-os a uma tomada tecida em suas camisetas. Têxteis energéticos também podem ser usados ​​para criar roupas de exibição móvel, roupas esportivas reativas de alto desempenho e poder vestível para o equipamento de batalha de um soldado.

Os ingredientes principais no desenvolvimento desses produtos de alta tecnologia não são visíveis ao olho humano. Nanoestruturas, que podem ser montados em padrões que lhes permitem transportar eletricidade, pode fornecer as soluções para uma série de problemas encontrados com dispositivos de armazenamento elétrico atualmente disponíveis no mercado.

O tipo de nanopartícula usada nos dispositivos experimentais do grupo Cui varia de acordo com a função pretendida do produto - óxido de lítio-cobalto é um composto comum usado para baterias, enquanto os nanotubos de carbono de parede simples, ou SWNTs, são usados ​​para supercondensadores.

Cui, professor assistente de ciência de materiais e engenharia em Stanford, lidera um grupo de pesquisa que investiga novas aplicações de materiais em nanoescala. O objetivo, disse Cui, não é apenas fornecer respostas a indagações teóricas, mas também buscar projetos com valor prático. Recentemente, sua equipe tem se concentrado em maneiras de integrar a nanotecnologia ao domínio do desenvolvimento de energia.

"Armazenamento de energia é um campo de pesquisa bastante antigo, "disse Cui." Supercapacitores, baterias - essas coisas são velhas. Como você realmente causa um impacto revolucionário neste campo? Requer uma diferença de pensamento bastante dramática. "

Embora os dispositivos de armazenamento de energia elétrica tenham percorrido um longo caminho desde que Alessandro Volta lançou a primeira célula elétrica do mundo em 1800, a tecnologia está enfrentando mais uma revolução. Os métodos atuais de fabricação de dispositivos de armazenamento de energia podem ser intensivos em capital e ambientalmente perigosos, e os produtos finais têm restrições de desempenho perceptíveis - as baterias de íon de lítio convencionais têm uma capacidade de armazenamento limitada e são caras de fabricar, enquanto os capacitores tradicionais fornecem alta potência, mas à custa da capacidade de armazenamento de energia.

Com uma pequena ajuda da nova ciência, as baterias do futuro podem não se parecer em nada com as volumosas unidades de metal com as quais nos acostumamos. A nanotecnologia é favorecida como remédio tanto por seu apelo econômico quanto por sua capacidade de melhorar o desempenho energético dos dispositivos que a integram. Substituindo os ânodos de carbono (grafite) encontrados em baterias de íon de lítio por ânodos de nanofios de silício, por exemplo, tem o potencial de aumentar sua capacidade de armazenamento em 10 vezes, de acordo com experimentos conduzidos pela equipe de Cui.

O silício foi anteriormente reconhecido como um material de ânodo favorável porque pode conter uma quantidade maior de lítio do que o carbono. Mas as aplicações de silício eram limitadas por sua incapacidade de sustentar o estresse físico - ou seja, o aumento de volume quádruplo que o silício sofre quando os íons de lítio se ligam a um ânodo de silício no processo de carregar uma bateria, bem como o encolhimento que ocorre quando os íons de lítio são retirados à medida que são descarregados. O resultado foi que as estruturas de silício se desintegrariam, fazendo com que os ânodos deste material percam muito, senão toda a sua capacidade de armazenamento.

Cui e colaboradores demonstraram em publicações anteriores na Nature, Nanotecnologia e Nano Letras que o uso de eletrodos de bateria de nanofios de silício, mecanicamente capaz de suportar a absorção e descarga de íons de lítio, era uma maneira de contornar o problema.

As descobertas são promissoras para o desenvolvimento de baterias recarregáveis ​​de lítio que oferecem um ciclo de vida mais longo e maior capacidade de energia do que suas contemporâneas. A tecnologia de nanofios de silício pode um dia encontrar um lar nos carros elétricos, dispositivos eletrônicos portáteis e aparelhos médicos implantáveis.

Cui agora espera direcionar sua pesquisa para estudar a "ciência dura" por trás das propriedades elétricas dos nanomateriais e projetar aplicações no mundo real.

"Este é o momento certo para realmente ver o que aprendemos com a nanociência e fazer aplicações práticas extremamente promissoras, "disse Cui." A beleza disso é, ele combina a tecnologia de custo mais baixo que você pode encontrar com a nanotecnologia de mais alta tecnologia para produzir algo incrível. Acho que é uma ideia muito interessante ... um grande impacto para a sociedade. "