15.04.2020 - National Research Council of Science & Technology (NST)

Desarrollo de pilas recargables con etiquetas adhesivas

El Dr. Yoon Hana del Laboratorio de Conversión de Energía y Materiales de Almacenamiento del Instituto Coreano de Investigación Energética (KIER), el Profesor Kim Young-Jin (Departamento de Ingeniería Mecánica, Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea) y el Profesor Kim Seungchul (Departamento de Ingeniería Óptica y Mecatrónica, Universidad Nacional de Pusan) desarrollaron conjuntamente "micro-supercapacitores reajustables (MSC) utilizando electrodos de grafito inducido por láser altamente hinchados".

A medida que aumenta la demanda de dispositivos más ligeros y pequeños que se puedan llevar puestos y de aparatos de IO altamente funcionales, hay una creciente necesidad de nuevas tecnologías para la recogida, almacenamiento y gestión de energía. Los dispositivos portátiles y los productos de IO se aplican cada vez más a diversos sectores de la sociedad en la actualidad. Por lo tanto, los investigadores están llevando a cabo activamente actividades de I+D para desarrollar dispositivos de almacenamiento de energía con funciones adicionales a la de suministro de energía.

Las condiciones previas de los dispositivos de almacenamiento de energía que se pueden llevar puestos son que deben ser capaces de cambiar sus formas junto con las formas cambiantes del cuerpo humano y los movimientos, a la vez que son flexibles, seguros de usar y proporcionan una excelente durabilidad. Las baterías convencionales no eran flexibles, ya que se desarrollaron para tener una estructura base cilíndrica, prismática o de tipo bolsa y tenían densidades de energía limitadas. Por lo tanto, tenían algunas limitaciones que debían aplicarse a los productos de la próxima generación, como los dispositivos que se pueden llevar puestos o los microdispositivos que requieren una gran flexibilidad, portabilidad y densidades de energía areal o volumétrica.

En el pasado, los esfuerzos de investigación y desarrollo para desarrollar dispositivos de almacenamiento de energía para dispositivos portátiles se realizaban principalmente con baterías de película delgada de Li. Las microbaterías de película delgada de Li, que son fuentes de energía ampliamente disponibles en el mercado para la microelectrónica, tienen ciclos de vida cortos, fallas abruptas, cinética inestable a baja temperatura y plantean problemas de seguridad cuando se asocian con el litio.

Recientemente, los MSC están recibiendo gran atención como dispositivos de almacenamiento de energía de nueva generación para reemplazar las baterías de película delgada de Li. En principio, los supercapacitores eran de uso semipermanente y presentaban muchas ventajas, como una alta densidad de potencia (10 veces más en comparación con las baterías de iones de litio), estabilidad, eficiencia y rápidas tasas de carga y descarga. Sin embargo, su ámbito de utilización se limitaba en cierta medida a determinadas zonas debido a la baja densidad de energía por carga (que se estimaba en 1/10 de las baterías de Li). En comparación con los supercapacitores, las CME tienen una densidad de potencia significativamente mayor que las baterías de litio y las densidades de energía son similares o incluso superiores a las de sus rivales. Por lo tanto, se consideran una alternativa para los dispositivos ultrafinos de almacenamiento de energía de alto rendimiento.

El equipo de investigación desarrolló con éxito MSC flexibles de tipo adhesivo que tenían una estructura flexible y que pueden fijarse en cualquier lugar de los objetos o superficies mediante el uso de ultrasonidos-láser.

El láser de pulso ultra corto puede generar instantáneamente una fuerte intensidad para hacer electrodos de grafeno altamente hinchados. Al impregnar compuestos de polímeros adhesivos en el interior del grafeno altamente hinchado, los investigadores pudieron desarrollar MSC de tipo adhesivo con un excelente rendimiento y durabilidad de los electrodos, manteniendo la adhesividad.

La dopamina, un imitador funcional de la proteína adhesiva del mejillón, se introdujo como material de revestimiento para los MSC flexibles de tipo adhesivo para mejorar el rendimiento electroquímico. Los grupos de catecoles en la dopamina proporcionan moieties redox-activas para los electrodos pseudocapacitivos. De este modo, pudieron desarrollar dispositivos de almacenamiento de energía flexibles de tipo adhesivo que tenían altas densidades de energía volumétrica similares a las de las baterías de película fina de litio con una excelente densidad de potencia volumétrica, 13 veces mayor que la de sus homólogos.

La Dra. Hana Yoon de KIER, la investigadora principal de este estudio, dijo: "Nuestros MSC flexibles de tipo adhesivo se pueden volver a acoplar fácilmente a los dispositivos vestibles y aparatos de IO de próxima generación y son ecológicos". Se espera que resuelvan muchos obstáculos de las tecnologías de almacenamiento de energía basadas en el litio".

También, el profesor del KAIST, Young-jin Kim, un co-investigador de este estudio, dijo, "La tecnología de patrones desarrollada a partir de este estudio generó un grafeno hinchado único con láser de pulso ultrasónico en un período de tiempo relativamente corto, a la vez que minimizó la pérdida de materiales". Esta tecnología tiene el potencial de promover las aplicaciones industriales del grafeno inducido por láser a varios sectores".

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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