Una nueva batería flexible puede estirarse y torcerse sin interrumpir el suministro de energía.
Para aplicaciones en dispositivos electrónicos flexibles, este es precisamente el tipo de batería que necesitan. La industria electrónica actual se centra cada vez más en ordenadores o teléfonos inteligentes con pantallas que pueden plegarse o enrollarse. Los artículos de ropa inteligente utilizan microdispositivos portátiles o sensores para monitorizar funciones corporales, por ejemplo.
Sin embargo, todos estos dispositivos necesitan una fuente de energía, que suele ser una batería de iones de litio. Por desgracia, las baterías comerciales suelen ser pesadas y rígidas, lo que las hace fundamentalmente inadecuadas para aplicaciones en electrónica flexible o textiles.
Lo que hace especial a este nuevo prototipo de batería es su electrolito, es decir, la parte de la batería a través de la cual se desplazan los iones de litio cuando la batería se carga o se descarga. La autora principal, Xi Chen, estudiante de doctorado en ETH Zúrich, descubrió el electrolito.
(Crédito: Grupo Niederberger, ETH Zúrich)
Siguiendo el diseño de las baterías comerciales, este nuevo tipo de batería se construye en capas, como un sándwich. Sin embargo, es la primera vez que los investigadores utilizan componentes flexibles para que toda la batería sea doblable y estirable. «Hasta la fecha, nadie ha empleado componentes exclusivamente flexibles de forma tan sistemática como nosotros al crear una batería de iones de litio», afirma Markus Niederberger, catedrático de materiales multifuncionales, cuyo equipo desarrolló el prototipo de batería.
Los dos colectores de corriente del ánodo y del cátodo están formados por un compuesto polimérico flexible que contiene carbono conductor de electricidad y que también sirve como carcasa exterior. En la superficie interior del compuesto, los investigadores aplicaron una fina capa de escamas de plata de tamaño micrométrico. Debido a la forma en que las escamas se superponen como tejas, no pierden el contacto entre sí cuando el elastómero se estira. Esto garantiza la conductividad del colector de corriente incluso si se somete a un estiramiento considerable. Y en caso de que las escamas de plata llegaran a perder el contacto entre sí, la corriente eléctrica aún podría fluir a través del compuesto que contiene carbono, aunque con menor intensidad.
Con ayuda de una máscara, los investigadores pulverizaron a continuación polvo de ánodo y cátodo sobre una zona definida con precisión de la capa de plata. El cátodo está compuesto por óxido de litio y manganeso, y el ánodo es un óxido de vanadio.
En el paso final, los científicos apilaron los dos colectores de corriente con los electrodos aplicados, uno encima del otro, separados por una capa barrera con forma similar a un marco de fotografía, mientras rellenaban el hueco del marco con el gel electrolítico.
Niederberger subraya que este gel es más respetuoso con el medio ambiente que los electrolitos comerciales: «Los electrolitos líquidos de las baterías actuales son inflamables y tóxicos». En cambio, el electrolito en gel que desarrolló Chen contiene agua con una alta concentración de una sal de litio, lo que no solo facilita el flujo de iones de litio entre el cátodo y el ánodo durante la carga o descarga de la batería, sino que también evita que el agua se descomponga electroquímicamente.
Los científicos unieron las distintas partes de su prototipo con adhesivo. «Si queremos comercializar la batería, tendremos que encontrar otro proceso que la mantenga sellada de forma hermética durante más tiempo», afirma Niederberger.
Cada día surgen más aplicaciones para una batería como esta, afirman los investigadores. Los conocidos fabricantes de teléfonos móviles compiten por producir dispositivos con pantallas plegables. Otras posibilidades incluyen pantallas enrollables para ordenadores, relojes inteligentes y tabletas, o textiles funcionales que contienen electrónica flexible, y todos ellos requieren una fuente de energía flexible.
«Por ejemplo, podrían coserse nuestras baterías directamente en la ropa», afirma Niederberger. Es importante garantizar que, en caso de fuga de la batería, los líquidos que se derramen no causen daños. Aquí es donde el electrolito del equipo ofrece una ventaja considerable.
Niederberger subraya que se necesita más investigación para optimizar la batería flexible antes de plantearse su comercialización. Sobre todo, el equipo debe aumentar la cantidad de material de electrodo que puede almacenar.
