(Phys.org) - Embora sejam pequenos, eles são ferozes. As baterias mais potentes do planeta têm apenas alguns milímetros de tamanho, ainda assim, eles têm uma força tão forte que um motorista poderia usar um celular alimentado por essas baterias para ligar uma bateria descarregada de carro - e recarregar o telefone em um piscar de olhos.

Desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, as novas microbaterias ultrapassam a potência até mesmo dos melhores supercapacitores e podem conduzir a novas aplicações em comunicações de rádio e eletrônica compacta.

Liderado por William P. King, o Bliss Professor de ciência mecânica e engenharia, os pesquisadores publicaram seus resultados na edição de 16 de abril da Nature Communications .

"Esta é uma maneira totalmente nova de pensar sobre baterias, "King disse." Uma bateria pode fornecer muito mais energia do que qualquer um jamais imaginou. Nas décadas recentes, a eletrônica ficou pequena. As partes pensantes dos computadores ficaram pequenas. E a bateria está muito atrasada. Essa é uma microtecnologia que pode mudar tudo isso. Agora, a fonte de alimentação é de alto desempenho, assim como o resto. "

Com as fontes de energia disponíveis atualmente, os usuários tiveram que escolher entre potência e energia. Para aplicativos que precisam de muita energia, como transmitir um sinal de rádio a longa distância, os capacitores podem liberar energia muito rapidamente, mas só podem armazenar uma pequena quantidade. Para aplicações que precisam de muita energia, como tocar rádio por um longo tempo, células de combustível e baterias podem conter muita energia, mas a liberam ou recarregam lentamente.

"Há um sacrifício, "disse James Pikul, um estudante de graduação e primeiro autor do artigo. "Se você deseja alta energia, não pode obter alta potência; se você deseja alta potência, é muito difícil obter alta energia. Mas para aplicações muito interessantes, especialmente aplicativos modernos, você realmente precisa de ambos. É isso que nossas baterias estão começando a fazer. Estamos realmente avançando em uma área no espaço de design de armazenamento de energia que não está disponível atualmente com as tecnologias de hoje. "

As novas microbaterias oferecem potência e energia, e ajustando um pouco a estrutura, os pesquisadores podem ajustá-los em uma ampla faixa na escala de potência versus energia.

As baterias devem seu alto desempenho à microestrutura tridimensional interna. As baterias têm dois componentes principais:o ânodo (lado negativo) e cátodo (lado positivo). Com base em um novo projeto de cátodo de carregamento rápido feito pelo grupo do professor de engenharia e ciência de materiais Paul Braun, King e Pikul desenvolveram um ânodo compatível e, em seguida, desenvolveram uma nova maneira de integrar os dois componentes em microescala para fazer uma bateria completa com desempenho superior.

Com tanto poder, as baterias podem permitir sensores ou sinais de rádio que transmitem 30 vezes mais longe, ou dispositivos 30 vezes menores. As baterias são recarregáveis ​​e podem carregar 1, 000 vezes mais rápido do que as tecnologias concorrentes - imagine tornar um telefone fino como um cartão de crédito em menos de um segundo. Além de eletrônicos de consumo, dispositivos médicos, lasers, sensores e outras aplicações podem ver avanços na tecnologia com tais fontes de energia disponíveis.

"Qualquer tipo de dispositivo eletrônico é limitado pelo tamanho da bateria - até agora, "King disse." Considere dispositivos médicos pessoais e implantes, onde a bateria é um tijolo enorme, e está conectado a componentes eletrônicos pequenos e fios minúsculos. Agora a bateria também é minúscula. "

Agora, os pesquisadores estão trabalhando na integração de suas baterias com outros componentes eletrônicos, bem como capacidade de fabricação a baixo custo.

"Agora podemos pensar fora da caixa, "Pikul disse." É uma nova tecnologia capacitadora. Não é uma melhoria progressiva em relação às tecnologias anteriores; quebra os paradigmas normais das fontes de energia. Está nos permitindo fazer algo diferente, novas coisas."

A National Science Foundation e o Air Force Office of Scientific Research apoiaram este trabalho. King também é afiliado ao Instituto Beckman de Ciência e Tecnologia Avançada; o Laboratório de Pesquisa de Materiais Frederick Seitz; o Laboratório de Micro e Nanotecnologia; e o departamento de engenharia elétrica e de computação da U. de I.