p (Phys.org) - Dobrando uma bateria de íon-lítio baseada em papel em um padrão Miura-ori (semelhante a como alguns mapas são dobrados), os cientistas demonstraram que a bateria exibe um aumento de 14 vezes na densidade e na capacidade de energia da área devido ao seu tamanho menor. As baterias de papel já são atrativas devido ao seu baixo custo, métodos de fabricação rolo a rolo, e flexibilidade. As vantagens de dobrá-los em tamanhos menores aumentam esses recursos e podem resultar em baterias de alto desempenho para várias aplicações. p Os pesquisadores, Qian Cheng, et al., da Arizona State University, publicaram um artigo sobre a dobra de baterias de íon-lítio baseadas em papel em uma edição recente da Nano Letras .

p "Baterias dobráveis ​​podem ser úteis para alimentar dispositivos que têm espaço limitado a bordo, "coautora Candace Chan, Professor Assistente de Ciência e Engenharia de Materiais na Arizona State University, contado Phys.org . "Além disso, com o desenvolvimento de eletrônicos dobráveis ​​baseados em papel demonstrado por outros grupos de pesquisa recentemente, uma bateria que também pode ser dobrada pode se tornar importante para a integração da fonte de alimentação e outros componentes em um único, dispositivo totalmente dobrável. "

p No estudo atual, os cientistas usaram baterias de íon-lítio feitas de tinta de nanotubo de carbono (CNT) como coletores de corrente; pós convencionais à base de lítio como eletrodos; e fino, Kimwipes porosos ^TM como substratos de papel. Os pesquisadores também adicionaram um revestimento de difluoreto de polivinilideno (PVDF) para melhorar a adesão da tinta CNT aos substratos de papel. As baterias finais mostraram boa condutividade e - após uma perda de capacidade irreversível após o primeiro ciclo - uma capacidade relativamente estável.

p Os pesquisadores testaram a dobra simples dos papéis ao meio e o padrão de dobra mais complicado do Miura-ori. Usando o padrão simples de dobrar ao meio, os pesquisadores descobriram que, dois, e três dobras resultam no aumento da densidade e capacidade de energia da área em 1,9, 4,7, e 10,6 vezes em comparação com uma bateria planar. O padrão Miura-ori poderia dobrar o papel de forma ainda mais eficiente:dobrar uma bateria de 6 cm x 7 cm em uma pilha de 25 camadas aumenta a densidade e capacidade de energia da área em 14 vezes e dá uma área total de apenas 1,68 cm ² .

p "Usamos a densidade 'área' para mostrar que a densidade de energia por área de pegada é aumentada, "Chan explicou." Isso é diferente da densidade de energia gravimétrica, uma vez que a quantidade de massa nas baterias não muda quando ela é dobrada e desdobrada. Portanto, dizer densidade 'área' torna mais claro a qual densidade estamos nos referindo. "

p Geral, as baterias dobradas no padrão simples mantiveram um desempenho eletroquímico semelhante ao das baterias planas. As eficiências Coulombic para as baterias dobradas foram ainda maiores do que aquelas para as baterias desdobradas, o que pode ser devido ao contato melhorado entre os materiais do eletrodo e os CNTs após o dobramento. A imagem SEM mostrou alguma delaminação da camada de CNT no vértice correspondendo à intersecção de duas dobras perpendiculares; Contudo, nenhuma delaminação ou fissura adicional foi observada fora da interseção.

p As baterias dobradas no padrão Miura-ori tiveram desempenho ligeiramente reduzido em comparação com baterias planas, incluindo uma menor capacidade de descarga e capacidade específica. Os pesquisadores acham que essas perdas podem ser devido à delaminação nas interseções das dobras perpendiculares, uma vez que essas baterias contêm 16 vértices. Para evitar curto-circuito nas baterias, os pesquisadores usaram uma película fina isolante flexível, Parileno-C, entre camadas.

p Os resultados oferecem um primeiro vislumbre do potencial do uso de dobradura para aumentar a densidade de energia de área e a capacidade das baterias de íon-lítio. No futuro, avanços em algoritmos de dobragem geométrica, ferramentas computacionais, e a manipulação do robô pode levar a padrões de dobramento mais complexos e permitir que as baterias sejam fabricadas em larga escala para aplicações comerciais.

p "Existem infinitas possibilidades de usar os conceitos de dobradura e origami para transmitir novas formas, desenho geométrico, e novas funcionalidades para dispositivos de armazenamento de energia baseados em papel que não eram possíveis antes, "Chan disse. p © 2013 Phys.org. Todos os direitos reservados.