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Las baterías en aerosol podrían remodelar el almacenamiento de energía
Imagínese pintar con aerosol el costado de su casa y no solo produce energía del sol, sino que también puede almacenar la energía para más tarde. Un enfoque novedoso para el diseño de baterías de los investigadores de la Universidad de Rice podría permitir ese y otros tipos de baterías en aerosol.
El equipo de la Universidad de Rice creó celdas de batería en la superficie de los azulejos del baño y, cuando las cargó una celda solar, pudieron encender una luz LED. Crédito: Universidad de Rice
La investigación, publicada la semana pasada en la naturaleza , busca un nuevo enfoque para la fabricación de baterías mediante el uso de materiales que se pueden pintar con aerosol en varias superficies. Combinada con circuitos impresos flexibles e investigación en células solares en aerosol, la técnica ofrece la posibilidad de convertir objetos comunes en dispositivos inteligentes con capacidad de computación y almacenamiento. Otra posibilidad es la electrónica de consumo, como teléfonos móviles o cámaras, con revestimiento de batería.
Las baterías de iones de litio convencionales están hechas con múltiples capas de diferentes componentes, incluido el ánodo, el separador, el cátodo y láminas de metal para recolectar la carga. Esta estructura de rollo de gelatina significa que las baterías de iones de litio se limitan a celdas de forma cilíndrica y rectangular, o prismática.
El grupo de Rice se centró en el uso de componentes líquidos que se pueden pintar con un cepillo de aire. En un experimento, los cinco componentes tradicionales de la batería se aplicaron como capas sobre nueve azulejos de cerámica para baños y otros objetos domésticos, incluida una jarra de cerveza, para realizar pruebas. Descubrieron que la técnica podría usarse en cerámica, acero inoxidable y polímeros flexibles.
Las baterías de los azulejos del baño se conectaron en paralelo y se conectaron a un panel solar fotovoltaico para encender una luz LED durante seis horas. Las baterías suministraron 2,4 voltios constantes.
La ciencia central detrás del esfuerzo fue encontrar una composición líquida adecuada para los diferentes componentes de la batería. Las baterías de iones de litio a menudo usan una lámina de aluminio para recolectar la carga positiva, pero los micro polvos de aluminio conductores plantean problemas de salud si se rocían, por lo que el grupo usó nanotubos de pared simple para recolectar la corriente.
El grupo también encontró problemas de fabricación, donde las diferentes capas se despegaban después de la pulverización. Para un separador, los investigadores se decidieron por una pintura polimérica compuesta por una mezcla de resina, plexiglás y dióxido de silicio en un disolvente. La parte más difícil fue lograr la estabilidad mecánica, y el separador jugó un papel fundamental, dijo Neelam Singh, autor principal del artículo, en un declaración . El grosor final fue de unas 200 micras, o el grosor de unas pocas hebras de cabello.
Singh describe el trabajo como un nuevo concepto en pilas que libera a los diseñadores de las limitaciones de las formas actuales. Ahora tenemos la flexibilidad en la elección del sustrato y las formas de las baterías. Podemos hacer baterías imprimibles en prácticamente cualquier material, dijo en un video publicado por el laboratorio del profesor Pulickel Ajayan en Rice.
Una batería de iones de litio tradicional tiene una construcción de papel de gelatina (izquierda), mientras que la técnica de la batería de Rice utiliza pinturas para los componentes activos que se pueden rociar sobre una superficie. Crédito: Universidad de Rice
El rendimiento de las baterías es comparable al de las baterías de iones de litio actuales y la capacidad de las baterías experimentales estuvo cerca de las predicciones, lo que sugiere que el proceso podría adaptarse para latas de aerosol de mano, según Rice.
Pero el documento señala una limitación significativa a la idea de comprar latas de aerosol de óxido de cobalto de litio en la ferretería para una batería de bricolaje. Los componentes de las baterías de iones de litio son sensibles al aire y la humedad, lo que significa que producir baterías en aerosol directamente en el exterior sin equipos costosos sería peligroso.
Aún así, debido a que la técnica de pulverización podría usarse con pistolas de pulverización industriales y no requiere materiales exóticos, la investigación posiblemente podría comercializarse si se puede encontrar una aplicación útil. Además de mejorar el rendimiento básico de la batería (ciclos de carga, capacidad, seguridad), también es necesario estimar los costos.