Imagine un ovillo de hilo que podría alimentar dispositivos electrónicos flexibles tejidos en su camiseta. Eso es exactamente lo que han hecho los ingenieros del MIT, creando una batería recargable de iones de litio en forma de fibra muy larga. Según los autores del nuevo estudio, la fibra podría incluso usarse para imprimir baterías en 3D en cualquier forma.
Un submarino de juguete alimentado por la batería de fibra se enrollaba a su alrededor. Crédito: MIT.
La prueba de concepto tiene 140 metros de largo, lo que la convierte en la batería de fibra flexible más larga hasta el momento. Sin embargo, esta longitud es arbitraria y los investigadores afirman que la fibra de la batería aún podría proporcionar energía en longitudes mucho más largas. Definitivamente podríamos hacer una longitud de escala de un kilómetro, dijo en un comunicado Tural Khudiyev, ex postdoctorado del MIT y ahora profesor asistente en la Universidad Nacional de Singapur.
Esta no es la primera vez que los científicos fabrican baterías en forma de fibra. Sin embargo, todos los intentos anteriores colocaron el litio y otros materiales clave fuera de la fibra, mientras que el nuevo sistema incrusta la batería dentro de la fibra. Este revestimiento exterior protector es fundamental para el funcionamiento de las fuentes de alimentación flexibles, ya que proporciona estabilidad e impermeabilización.
La fabricación implica el uso de geles de batería novedosos junto con un sistema estándar de trefilado de fibra. Todos los componentes de la batería se colocan en un cilindro grande que se calienta lentamente justo por debajo de su punto de fusión. Luego, el material se extrae a través de una abertura estrecha, lo que provoca una presión que comprime el cilindro a una fracción de su diámetro original, mientras se mantiene la disposición original de las piezas. El grosor del dispositivo de fibra es de solo unos pocos cientos de micrones, mucho más delgado que cualquier intento anterior de una batería de fibra.
Los ingenieros del MIT se inspiraron para emprender este desafío durante su investigación sobre la electrónica portátil. Anteriormente, fabricaban fibras que incorporaban LED, fotosensores, sistemas de comunicación como WiFi y otros sistemas digitales. Estos componentes eran lo suficientemente flexibles para ser usados por los usuarios y lavables. Sin embargo, todos dependían de una fuente de energía externa, lo que hacía que los productos portátiles fueran poco prácticos. Era hora de convertir la batería también en fibra.
Cuando incorporamos los materiales activos dentro de la fibra, eso significa que los componentes sensibles de la batería ya tienen un buen sellado, dice Khudiyev, y todos los materiales activos están muy bien integrados, por lo que no cambian de posición durante el proceso de dibujo.
La batería de fibra continúa alimentando un LED incluso después de que se haya cortado parcialmente. Esto significa que está libre de pérdida de electrolitos y cortocircuitos.
Para demostrar la funcionalidad de esta prueba de concepto, los investigadores utilizaron la batería de fibra para alimentar un sistema de comunicaciones Li-Fi, del tipo que utiliza pulsos de luz para transmitir datos en lugar de ondas de radio. El Li-Fi incluye un micrófono, preamplificador, transistor y diodos. También demostraron la integración de LED y baterías de iones de litio dentro de una sola fibra, pero en el futuro podrían combinarse más de tres o cuatro dispositivos en el mismo espacio compacto.
La belleza de nuestro enfoque es que podemos incorporar múltiples dispositivos en una fibra individual, a diferencia de otros enfoques que necesitan la integración de múltiples dispositivos de fibra, dijo el postdoctorado del MIT Jung Tae Lee. Cuando integremos estas fibras que contienen múltiples dispositivos, el agregado avanzará en la realización de una computadora de tela compacta.
La fibra de la batería de 140 metros de largo tiene una capacidad nominal de almacenamiento de energía de 123 miliamperios por hora, lo suficiente para alimentar un reloj inteligente o un teléfono. Las fibras de las baterías se pueden tejer para producir telas bidimensionales como las que se usan para la ropa, pero también se pueden usar en la impresión 3D para crear objetos sólidos, como cubiertas.
En una demostración, se envolvió un submarino de juguete con fibra de batería y se pudo encender. Ahora, imagine incorporar la fuente de energía en la estructura del submarino que reduciría el peso total y mejoraría la eficiencia y el alcance del dispositivo.
Después de la impresión, no es necesario agregar nada más, porque todo ya está dentro de la fibra, todos los metales, todos los materiales activos. Es solo una impresión de un solo paso. Esa es la primera vez, dijo Khudiyev.
Los hallazgos fueron descritos en la revista Materials Today.
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