Pesquisadores da Universidade de Jilin, na China, desenvolveram um novo processo de fabricação para produzir supercapacitores 2D flexíveis com alta condutividade, mesmo quando debaixo d'água. O trabalho tem implicações para o avanço de dispositivos de energia implantáveis, como marca-passos. Crédito:Polioxometalatos, Tsinghua University Press Os supercapacitores têm a excelente capacidade de capturar e armazenar energia. Os pesquisadores podem usar diferentes materiais e métodos de fabricação para torná-los flexíveis, finos e apropriados para uso em eletrônicos vestíveis ou implantáveis, como relógios inteligentes ou marca-passos, mas essas abordagens tendem a ser complexas e caras. Agora, no entanto, uma equipe da Universidade de Jilin, na China, desenvolveu uma espécie de eletrodo adesivo tudo-em-um que resolve um dos principais problemas enfrentados pelos supercapacitores 2D flexíveis:fazer com que os componentes funcionem sinergicamente.
Eles publicaram suas descobertas em 29 de março de 2024 em Polyoxometalates .
"Supercapacitores 2D flexíveis normalmente sofrem com procedimentos de fabricação complicados e demorados e baixa resistência mecânica", disse o autor correspondente Wen Li, professor da Universidade de Jilin, na China. "Neste estudo, criamos um novo tipo de eletrodo adesivo completo que pode não apenas simplificar o processo de fabricação, mas também superar o deslocamento interfacial dos supercapacitores convencionais."
Os supercapacitores 2D flexíveis são normalmente uma estrutura empilhada em sanduíche ou uma estrutura plana 2D. Sob repetidas deformações mecânicas, a interface entre os eletrodos e o eletrólito pode ser deslocada, tornando o contato interfacial menos eficaz.
"No entanto, a tensão incompatível entre o eletrodo e as camadas eletrolíticas geralmente causa o inevitável deslocamento e delaminação interfacial durante a deformação mecânica repetida, dando origem a um aumento significativo na resistência de contato interfacial entre os eletrodos e as camadas eletrolíticas", disse Li.
"Como resultado, a taxa de carga/descarga é severamente diminuída e o desempenho de armazenamento de energia, bem como a estabilidade, são suprimidos. O mais frustrante é que os dispositivos supercapacitores flexíveis integrados em série para saída de alta tensão ainda dependem de muitos fios metálicos condutores, que limitam em grande parte a sua flexibilidade, tolerância deformável e miniaturização para aplicações práticas."
Para resolver problemas interfaciais e eliminar fios, os pesquisadores combinaram HPA com aminoácidos e materiais de carbono para construir uma espécie de adesivo úmido completo que carrega simultaneamente condução de elétrons, propriedade redox, deformação mecânica e adesividade. Os heteropoliácidos (HPAs), servindo como uma classe de aglomerados inorgânicos de tamanho nanométrico com atividade redox rápida e reversível, permitem que o supercapacitor carregue e descarregue energia de forma rápida e confiável.
Os aminoácidos ajudam os HPAs a se tornarem mais flexíveis, enquanto os materiais de carbono contribuem para a condução eletrônica. Eles modelaram o adesivo úmido resultante de maneira paralela para formar eletrodos flexíveis. Depois de preencher a lacuna entre os eletrodos paralelos injetando um eletrólito em gel, eles podem criar convenientemente um supercapacitor 2D flexível.
"Descobrimos que os componentes de carbono melhoraram a condução eletrônica; a química dos aminoácidos contribui para a adesão interfacial; e os aglomerados de HPA impediram a formação de estruturas maiores e dotaram o eletrodo de transferência de elétrons e capacidade de armazenamento", disse Li.
"Os adesivos resultantes são materiais adaptáveis e deformáveis que facilitam o desenvolvimento de supercapacitores 2D flexíveis para saída de alta tensão com interconexões sem metal."
Os pesquisadores disseram que tentariam criar supercapacitores 2D flexíveis em miniatura e independentes de substrato para o desenvolvimento de dispositivos de energia implantáveis.
Outros colaboradores são Chuanling Mu e Zhanglei Du; ambos os alunos estudaram juntos com Li na Universidade de Jilin.
