Investigadores diseñan prototipo de batería con cátodo similar a la fibra

En un nuevo estudio, los investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte fabricaron un cátodo similar a una fibra similar a un hilo. Luego, los investigadores pudieron usar la fibra para crear un prototipo de batería de iones de zinc que podría alimentar un reloj de pulsera.

Publicado en la revista Interfaces y materiales aplicados de ACSEl estudio de prueba de concepto es un paso adelante en el desarrollo de una batería similar a la fibra que eventualmente podría integrarse en la ropa.

“En última instancia, queremos hacer una batería con forma de alambre, para poder colocarla dentro de una prenda real y, preferiblemente, esconderla”, dijo el autor correspondiente del estudio, Wei Gao, profesor asociado de ingeniería textil, química y ciencia en NC. Estado. “En este estudio, creamos un cátodo similar a un cable. Nuestros hallazgos fueron bastante prometedores para una tira de fibra tan corta y esperamos continuar con este trabajo para mejorar el rendimiento, la seguridad y las propiedades mecánicas de nuestros diseños”.

Para crear el cátodo, los investigadores utilizaron las propiedades únicas del grafeno, un material sólido con una gran superficie y buena conductividad, para fabricar una batería de iones de zinc similar a un cable.

En su estudio, los investigadores crearon diferentes micropartículas de dióxido de manganeso de diferentes formas y tamaños. A continuación, utilizaron un proceso de hilado en solución para formar una fibra de óxido de grafeno, con partículas de dióxido de manganeso incrustadas en su interior. Estudiaron las propiedades electroquímicas y otras de las fibras.

“Dado que estamos tratando de hacer una batería de iones de zinc similar a la fibra, no solo nos preocupamos por el rendimiento de la batería, sino también por las propiedades mecánicas: necesitamos que la fibra sea fuerte y flexible”, dijo Gao.

Los investigadores encontraron que la forma de los materiales de óxido de grafeno y dióxido de manganeso que usaron para hacer el cátodo afectaba su función electroquímica. Específicamente, encontraron los componentes de dióxido de manganeso en forma de varilla más cortos mezclados homogéneamente con grafeno, lo que permitió a los investigadores fabricar una fibra que podría funcionar como un prototipo de batería funcional. Comparativamente, encontraron que cuando el dióxido de manganeso tenía la forma de un “erizo de mar”, la fibra no podía usarse en una batería funcional.

“Cuando el grafeno y el dióxido de manganeso se mezclan bien, puede usar la fibra para crear una batería funcional”, dijo el primer autor del estudio, Nakarin Subjalearndee, ex estudiante graduado de NC State. “Si el dióxido de manganeso tenía la forma de un erizo de mar, significaba que el cable del cátodo tenía una superficie rugosa y no podía usarse”.

“El dióxido de manganeso en forma de barra nos dio el mejor rendimiento”, agregó Gao. “Estas partículas imitaban la configuración o geometría de la fibra, en comparación con las partículas con forma de erizo de mar, que eran redondas con todo tipo de bordes puntiagudos. Interrumpieron el apilamiento de las nanoláminas de óxido de grafeno en la fibra”.

Aunque el rendimiento de la batería era bajo, los investigadores pudieron usarla para alimentar un reloj de pulsera. El equipo quiere continuar con su trabajo para mejorar el rendimiento del diseño.

“Este estudio muestra que la forma y el tamaño de los aditivos en la fibra afectaron el proceso de formación de la fibra de óxido de grafeno”, dijo Gao. “Esperamos continuar desarrollando este sistema; queremos que nuestro diseño sea comparable a una batería comercial”.

El estudio “Hilado húmedo de fibras de óxido de grafeno con diferentes MnO₂ Additives”, se publicó en línea en Materiales aplicados e interfaces ACS.