Desarrollo de baterías de iones de litio estirables e imprimibles

Realización de baterías estirables, adhesivas y mecánicamente deformables que transfieren eficazmente los iones

29.03.2022 - Corea, República de

Un equipo de investigación coreano ha desarrollado una batería de litio blanda, mecánicamente deformable y estirable que puede utilizarse en el desarrollo de dispositivos portátiles, y ha examinado la viabilidad de la batería imprimiéndola en la superficie de la ropa. El equipo de investigación, dirigido por el Dr. Jeong Gon Son, del Centro de Investigación de Materiales Híbridos Blandos del Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea (KIST; Presidente: Seok-Jin Yoon), anunció que había desarrollado una batería de litio en la que todos los materiales, incluidos el ánodo, el cátodo, el colector de corriente, los electrolitos y el encapsulante, son estirables e imprimibles. La batería de litio desarrollada por el equipo posee una gran capacidad y unas características de forma libre adecuadas para la deformación mecánica.

Debido al rápido aumento de la demanda de dispositivos portátiles de alto rendimiento, como bandas inteligentes, dispositivos electrónicos implantables, como marcapasos, y dispositivos portátiles blandos para su uso en el metaverso realista, el desarrollo de una batería que sea blanda y estirable como la piel y los órganos humanos ha despertado interés.

El duro electrodo inorgánico de una batería convencional constituye la mayor parte del volumen de la misma, lo que dificulta su estiramiento. Otros componentes, como el separador y el colector de corriente para extraer y transferir cargas, también deben ser estirables, y también hay que resolver el problema de las fugas de electrolito líquido.

Para mejorar la capacidad de estiramiento, el equipo de investigación evitó utilizar materiales innecesarios para el almacenamiento de energía, como el caucho, como se había hecho en otros estudios. A continuación, se desarrolló y aplicó un nuevo material de gel orgánico suave y estirable basado en el material aglutinante existente. Este material mantiene firmemente los materiales del electrodo activo en su lugar y facilita la transferencia de iones. Además, se fabricó una tinta conductora utilizando un material con excelentes propiedades de elasticidad y de barrera contra los gases para que sirviera como material colector de corriente que transfiere electrones y como encapsulante que puede funcionar de forma estable incluso a un alto voltaje y en varios estados de deformación sin hincharse debido a la absorción de electrolitos.

La batería desarrollada por el equipo también puede incorporar materiales de baterías de iones de litio existentes, ya que presentan una excelente densidad de almacenamiento de energía (~2,8 mWh/cm2) de un nivel similar al de las baterías duras de iones de litio disponibles en el mercado a una tensión de conducción de 3,3 V o superior. Todos los componentes de la batería de iones de litio estirable del equipo poseen la estabilidad mecánica necesaria para mantener su rendimiento incluso después de tirar de la batería 1.000 veces o más, una alta capacidad de estiramiento del 50% o más, y estabilidad a largo plazo en el aire.

Además, el equipo de investigación imprimió directamente los materiales del electrodo y del colector de corriente que habían desarrollado en cada lado de un calentador de brazo hecho de spandex y aplicó un encapsulante estirable al material, demostrando la capacidad de imprimir una batería orgánica estirable de alto voltaje directamente en la ropa. Con la batería resultante, el equipo de investigación fue capaz de alimentar continuamente un reloj inteligente incluso cuando se lo ponía, lo quitaba o lo estiraba.

El Dr. Son, del KIST, declaró que su equipo ha desarrollado una tecnología de baterías de iones de litio estirables que proporciona tanto libertad estructural, gracias a la configuración de forma libre de la batería que permite imprimirla en materiales como los tejidos, como libertad de materiales, al poder utilizar los materiales existentes para las baterías de iones de litio, además de estabilidad de estiramiento que permite una alta densidad de energía y deformación mecánica. También afirmó que se espera que el sistema de almacenamiento de energía estirable desarrollado por su equipo sea aplicable al desarrollo de diversos dispositivos vestibles o acoplables al cuerpo.

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