Cuando piensas en baterías, probablemente no piensas mucho. Pero este estándar cambiante será necesario para incorporar baterías a la electrónica flexible, que está ganando terreno para los monitores de salud portátiles. Ahora, a los investigadores. Cartas de Energía ACS informan sobre una batería de iones de litio con componentes totalmente extensibles, incluida una capa de electrolito que puede estirarse hasta un 5000% y que conserva su capacidad de almacenamiento de carga después de aproximadamente 70 ciclos de carga/descarga.
Para doblar y estirar componentes electrónicos se necesitan baterías con características similares. La mayoría de los investigadores que han intentado crear este tipo de baterías han doblado telas conductoras o componentes rígidos en formas estirables y tejidas similares a las del origami. Pero para una batería verdaderamente resistente, cada pieza (los electrodos que recogen la carga y la capa intermedia de electrolito que equilibra la carga) debe ser flexible. Hasta ahora, los prototipos de baterías verdaderamente flexibles han tenido una flexibilidad moderada, procesos de ensamblaje complicados o una capacidad de almacenamiento de energía limitada, especialmente con cargas y descargas repetidas a lo largo del tiempo. Esto último puede deberse a una conexión débil entre la capa de electrolito y el electrodo o a la inestabilidad del electrolito fluido, que puede moverse a medida que la batería cambia de forma. Entonces, en lugar de usar un líquido, Wen-Yong-Li y sus compañeros querían incorporar el electrolito en una capa de polímero entre dos películas de electrodos flexibles, para crear una batería flexible y completamente sólida.
Para crear los electrodos para la batería totalmente flexible, el equipo extendió sobre una placa una fina película de pasta conductora que contenía nanocables de plata, negro de humo y un cátodo o ánodo a base de litio. Luego se aplica encima de la pasta una capa de polidimetilsiloxano, un material flexible comúnmente utilizado en lentes de contacto. Directamente encima de esta película, los investigadores agregaron una sal de litio, un líquido altamente viscoso e ingredientes para crear un polímero flexible. Cuando se activan con la luz, estos componentes se combinan para formar una capa sólida y gomosa capaz de estirarse hasta un 5000% de su longitud original y transportar iones de litio. Finalmente, la pila se cubrió con otra película de electrodos y todo el dispositivo se selló con una capa protectora.
Al comparar un diseño de batería sólida y elástica con un dispositivo similar con un electrolito líquido convencional, la nueva versión tenía un promedio de seis veces más capacidad de carga a velocidades de carga más rápidas. De manera similar, la batería sólida mantuvo una capacidad más estable mientras operaba durante 67 ciclos de carga y descarga. En otros prototipos construidos con electrodos sólidos, el electrolito polimérico mantuvo un funcionamiento estable durante 1000 ciclos, con una degradación del 1% en los primeros 30 ciclos, en comparación con una degradación del 16% del electrolito líquido. Aún se necesitan mejoras, pero este nuevo método para fabricar baterías sólidas y totalmente estirables podría ser un paso prometedor hacia dispositivos portátiles o implantables que se flexionan y se mueven con el cuerpo.
Los autores agradecen la financiación del Programa Nacional Clave de Investigación y Desarrollo de China; Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China; Fundación de Ciencias Naturales de la Provincia de Jiangsu; Fundación de Electrónica Flexible del Laboratorio Clave de la Provincia de Zhejiang; Programa para profesores especialmente designados en Jiangsu; NUPT “Proyecto 1311” y Fundación Científica; Fundación de Ciencias Postdoctorales de China; Proyecto del Laboratorio Estatal Clave de Electrónica Orgánica y Visualización de Información, NJUPT; y la Fundación de Ciencias Naturales de NJUPT.
