p (PhysOrg.com) - Os pesquisadores da Rice University deram um passo mais perto de criar robustos, Microbaterias tridimensionais que carregariam mais rápido e teriam outras vantagens em relação às baterias convencionais de íon de lítio. Eles podem alimentar novas gerações de sensores remotos, telas de exibição, cartões inteligentes, eletrônica flexível e dispositivos biomédicos. p As baterias empregam matrizes verticais de nanofios de níquel-estanho perfeitamente encaixados em PMMA, um polímero amplamente utilizado, mais conhecido como Plexiglas. O laboratório Rice de Pulickel Ajayan encontrou uma maneira confiável de revestir nanofios únicos com uma camada lisa de eletrólito de gel à base de PMMA que isola os fios do contraeletrodo enquanto permite a passagem de íons.

p O trabalho foi noticiado esta semana na edição online da revista. Nano Letras .

p "Em uma bateria, você tem dois eletrodos separados por uma barreira espessa, "disse Ajayan, professor de engenharia mecânica e ciência dos materiais e química. "O desafio é aproximar tudo para que essa eletroquímica se torne muito mais eficiente."

p Ajayan e sua equipe sentem que fizeram isso cultivando florestas de nanofios revestidos - milhões deles em um chip do tamanho de uma unha - para microdispositivos escaláveis ​​com área de superfície maior do que as baterias convencionais de filme fino. "Você não pode simplesmente dimensionar a espessura de uma bateria de película fina, porque a cinética do íon de lítio se tornaria lenta, "Ajayan disse.

p "Queríamos descobrir como os designs 3-D de baterias propostos podem ser construídos em nanoescala para cima, "disse Sanketh Gowda, um estudante de graduação no laboratório de Ajayan. "Aumentando a altura dos nanofios, podemos aumentar a quantidade de energia armazenada, mantendo a distância de difusão do íon de lítio constante. "

p Os pesquisadores, liderado por Gowda e a pesquisadora de pós-doutorado Arava Leela Mohana Reddy, trabalhou por mais de um ano para refinar o processo.

p "Para ser justo, o conceito 3-D já existe há algum tempo, "Reddy disse." O avanço aqui é a capacidade de colocar uma camada conformal de PMMA em um nanofio em longas distâncias. Mesmo uma pequena quebra no revestimento pode destruí-lo. ”Ele disse que a mesma abordagem está sendo testada em sistemas de nanofios com capacidades maiores.

p O processo baseia-se na pesquisa anterior do laboratório para construir cabos de nanofios coaxiais relatados em Nano Letras ano passado. No novo trabalho, os pesquisadores cultivaram nanofios de 10 mícrons por meio de eletrodeposição nos poros de um molde de alumina anodizada. Em seguida, eles alargaram os poros com uma técnica de gravação química simples e PMMA revestido por gota na matriz para dar aos nanofios um revestimento uniforme de cima para baixo. Uma lavagem química removeu o modelo.

p Eles construíram microbaterias com um centímetro quadrado que retêm mais energia e carregam mais rápido do que as baterias planas com o mesmo comprimento de eletrodo. "Indo para 3-D, somos capazes de fornecer mais energia na mesma pegada, "Gowda disse.

p Eles sentem que o revestimento de PMMA aumentará o número de vezes que uma bateria pode ser carregada por condições de estabilização entre os nanofios e o eletrólito líquido, que tendem a quebrar com o tempo.

p A equipe também está estudando como o ciclo afeta os nanofios que, como eletrodos de silício, expandir e contrair conforme os íons de lítio vêm e vão. Imagens do microscópio eletrônico de nanofios tiradas após muitos ciclos de carga / descarga não mostraram quebras no invólucro do PMMA - nem mesmo furos. Isso levou os pesquisadores a acreditar que o revestimento resiste à expansão de volume no eletrodo, o que poderia aumentar a vida útil das baterias.