El rápido desarrollo de productos electrónicos flexibles y ponibles (también conocidos como wearables) están dando lugar a una interesante gama de aplicaciones, desde relojes inteligentes y pantallas flexibles, como teléfonos inteligentes, tabletas y TV, hasta tejidos, cristales, parches y sensores inteligentes. Ello ha provocado un aumento en la demanda de baterías flexibles de alto rendimiento. Sin embargo, hasta hace poco, los expertos habían tenido dificultades para obtener simultáneamente un buen índice de flexibilidad y una alta densidad de energía en baterías de iones de litio.
Ahora, un equipo dirigido por Yuan Yang, de la Universidad de Columbia, ha desarrollado un prototipo que aborda este desafío: una batería litio con forma de columna vertebral humana que permite una flexibilidad notable, alta densidad de energía y voltaje estable, sin importar cómo se doble o gire.
"La densidad de energía de nuestro prototipo es una de las más altas señaladas hasta la fecha – explica Yang en un comunicado –. Hemos desarrollado un enfoque simple y apto para producir a gran escala una batería de iones de litio flexible similar a la columna que tiene excelentes propiedades electroquímicas y mecánicas. Nuestro diseño es un candidato muy prometedor en cuanto a baterías flexibles. Actualmente estamos optimizando el diseño y mejorando su rendimiento ".
Yang, cuyo grupo explora la composición y la estructura de los materiales de la batería para obtener un alto rendimiento, se inspiró en la flexibilidad de la columna mientras hacía sentadillas en el gimnasio. La columna vertebral humana es altamente flexible, así como mecánicamente robusta, ya que contiene componentes de médula blanda que interconectan las partes duras de la vértebra. Yang utilizó este modelo para diseñar una batería con una estructura similar. Su prototipo tiene un segmento grueso y rígido que almacena energía enrollando los electrodos (las vértebras) alrededor de una zona delgada y flexible (la médula). El diseño proporciona una excelente flexibilidad para toda la batería.
"Como el volumen de la parte rígida del electrodo es significativamente mayor que la interconexión flexible – concluye Yang –, la densidad de energía de una batería tan flexible puede ser superior al 85% de una batería convencional. Debido a la alta proporción de materiales activos en toda la estructura, nuestra batería muestra una densidad de energía muy alta, más alta que cualquier otro informe del que tengamos conocimiento. La batería también sobrevivió con éxito a una dura prueba de carga mecánica dinámica debido a nuestro diseño biomimético”.
Los resultados han sido publicados en Advanced Materials.
