Los nanoingenieros de la Universidad de California en San Diego han desarrollado la primera batería impresa que es flexible, estirable y recargable. Las baterías de zinc podrían usarse para alimentar todo, desde sensores portátiles hasta células solares y otros tipos de dispositivos electrónicos.
El trabajo aparece en la edición del 19 de abril de 2017 de Materiales de energía avanzada .
Los investigadores hicieron que las baterías impresas fueran flexibles y estirables al incorporar un material polimérico hiperelástico hecho de isopreno, uno de los ingredientes principales del caucho, y poliestireno, un componente similar a la resina. La sustancia, conocida como SIS, permite que las bateríasestirarse hasta el doble de su tamaño, en cualquier dirección, sin sufrir daños.
La tinta utilizada para imprimir las baterías está hecha de óxido de zinc y plata mezclado con SIS. Si bien las baterías de zinc han estado en uso durante mucho tiempo, generalmente no son recargables. Los investigadores agregaron óxido de bismuto a las baterías para que sean recargables.
"Este es un paso significativo hacia la electrónica elástica autoalimentada", dijo Joseph Wang, uno de los autores principales del artículo y profesor de nanoingeniería en la Escuela de Ingeniería Jacobs en UC San Diego, donde dirige el Centro de Sensores Portátiles de la escuela"Esperamos que esta tecnología allane el camino para mejorar otras formas de almacenamiento de energía y electrónica extensible e imprimible, no solo para las baterías a base de zinc sino también para las baterías de iones de litio, así como los supercondensadores y las células fotovoltaicas".
La batería prototipo que desarrollaron los investigadores tiene aproximadamente 1/5 de la capacidad de una batería recargable para audífonos. Pero tiene 1/10 de grosor, es más barata y utiliza materiales disponibles comercialmente. Se necesitan dos de estas baterías para alimentar un LED de 3 voltiosLos investigadores todavía están trabajando para mejorar el rendimiento de la batería. Los siguientes pasos incluyen expandir el uso de la tecnología a diferentes aplicaciones, como las celdas solares y de combustible, y usar la batería para alimentar diferentes tipos de dispositivos electrónicos.
Los investigadores utilizaron técnicas estándar de serigrafía para fabricar las baterías, un método que reduce drásticamente los costos de la tecnología. Los materiales típicos para una batería cuestan solo $ 0.50. Una batería recargable comparable disponible comercialmente cuesta $ 5.00 Las baterías se pueden imprimir directamente en la telao en materiales que permiten que los dispositivos portátiles se adhieran a la piel. También se pueden imprimir como una tira, para alimentar un dispositivo que necesita más energía. Son estables y se pueden usar durante un largo período de tiempo.
Haciendo las baterías recargables
El ingrediente clave que hace que las baterías sean recargables es una molécula llamada óxido de bismuto que, cuando se mezcla con los electrodos de zinc de las baterías, prolonga la vida útil de los dispositivos y les permite recargarse. Agregar óxido de bismuto a las baterías de zinc es una práctica estándar en la industria paramejorar el rendimiento, pero hasta hace poco, no ha habido una explicación científica exhaustiva de por qué.
El año pasado, los nanoingenieros de UC San Diego dirigidos por el profesor Y. Shirley Meng publicaron un estudio molecular detallado que aborda esta cuestión. Cuando las baterías de zinc se descargan, sus electrodos reaccionan con el electrolito líquido dentro de la batería, produciendo sales de zinc que se disuelven en una solución.Esto eventualmente cortocircuita la batería. Agregar óxido de bismuto evita que el electrodo pierda zinc en el electrolito. Esto asegura que las baterías continúen funcionando y puedan recargarse.
El trabajo muestra que es posible usar pequeñas cantidades de aditivos, como el óxido de bismuto, para cambiar las propiedades de los materiales. "Comprender el mecanismo científico para hacer esto nos permitirá convertir las baterías no recargables en baterías recargables -no solo las baterías de zinc sino también para otras electroquímicas, como el oxígeno de litio ", dijo Meng, quien dirige el Centro de Energía y Energía Sostenible en la Escuela de Ingeniería Jacobs de la Universidad de California en San Diego
De la innovación al mercado
Rajan Kumar, co-primer autor en esto Materiales de energía avanzada paper, es un estudiante de doctorado en nanoingeniería en la Escuela de Ingeniería de Jacobs. Él y el profesor de nanoingeniería Wang están liderando un equipo enfocado en comercializar aspectos de este trabajo. El equipo es uno de los cinco seleccionados para unirse a una nueva tecnologíaacelerador en UC San Diego. El acelerador tecnológico es administrado por el Instituto UC San Diego para el Emprendedor Global, que es una colaboración entre la Escuela de Ingeniería Jacobs y la Escuela de Administración Rady.
Kumar está entusiasmado ante la perspectiva de aprovechar todo lo que el acelerador tecnológico IGE tiene para ofrecer.
"Para nosotros, es estratégicamente perfecto", dijo Kumar, refiriéndose a la financiación de $ 50,000 para mejoras de prototipos, el enfoque en pruebas de prototipos con un socio estratégico y la tutoría de emprendimiento.
Kumar confía en las innovaciones del equipo, que incluye la capacidad de reemplazar las baterías de monedas con baterías delgadas y elásticas. Hacer los movimientos estratégicos correctos ahora es fundamental para el éxito de la comercialización.
"Ahora se trata de asegurarnos de que nuestras energías estén enfocadas en la dirección correcta", dijo Kumar.
Además del Acelerador de tecnología IGE, el equipo también fue seleccionado recientemente para participar en el programa NSF Innovation-Corps I-Corps en UC San Diego, también administrado por el Instituto para el Emprendedor Global. Uno de los principios clavedel programa I-Corps está ayudando a los equipos de inicio a validar sus mercados objetivo y modelos de negocio al principio del proceso de comercialización.Por ejemplo, a través de NSF I-Corps, Kumar ya ha comenzado a entrevistar a clientes potenciales, lo que ha ayudado al equipo a enfocar mejor su estrategia de comercialización.
A través de estos programas, Kumar se enfoca en liderar al equipo a través de una serie de hitos para posicionar mejor sus innovaciones para refinar "tanto qué construir como para quién construirlo", dijo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :