Investigadores desarrollan grafeno

Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte (NC State), la Agencia Nacional de Desarrollo de Ciencia y Tecnología y el Centro de Servicios de Caracterización y Pruebas de NSTDA en Tailandia han creado un cátodo basado en grafeno en forma de fibra similar a un hilo. Luego, los investigadores pudieron usar la fibra para crear un prototipo de batería de iones de zinc que podría alimentar un reloj de pulsera.

Prototipo de batería con cátodo similar a un hilo. Imagen del sitio web de NCSU

El estudio de prueba de concepto es un paso adelante en el desarrollo de una batería en forma de fibra que finalmente podría integrarse en las prendas.

"En última instancia, queremos hacer una batería con forma de hilo, para poder ponerla en una prenda real y, preferiblemente, esconderla", dijo el autor correspondiente del estudio, Wei Gao, profesor asociado de ingeniería textil, química y ciencia en NC State. "En este estudio, creamos un cátodo en forma de hilo. Nuestros hallazgos fueron bastante prometedores para una tira de fibra tan corta, y esperamos continuar con este trabajo para mejorar el rendimiento, la seguridad y las propiedades mecánicas de nuestros diseños".

Para crear el cátodo, los investigadores utilizaron grafeno para fabricar una batería de iones de zinc en forma de hilo. En su estudio, los investigadores crearon diferentes micropartículas de dióxido de manganeso en varias formas y tamaños. Luego, utilizaron un proceso de hilado en solución para formar una fibra hecha de óxido de grafeno, con partículas de dióxido de manganeso incrustadas en su interior. Estudiaron las propiedades electroquímicas y otras de las fibras.

"Dado que estamos tratando de hacer una batería de iones de zinc en forma de fibra, no solo nos preocupamos por el rendimiento de la batería, sino también por las propiedades mecánicas: necesitamos que la fibra sea fuerte y también flexible", dijo Gao.

Los investigadores encontraron que la forma de los materiales de óxido de grafeno y dióxido de manganeso que usaron para hacer el cátodo afectaba su función electroquímica. Específicamente, encontraron los componentes de dióxido de manganeso más cortos y en forma de varilla mezclados homogéneamente con el grafeno, lo que permitió a los investigadores fabricar una fibra que podría funcionar como un prototipo de batería funcional. Comparativamente, encontraron que cuando el dióxido de manganeso tenía forma de "erizo de mar", la fibra no podía usarse en una batería funcional.

"Cuando el grafeno y el dióxido de manganeso están bien mezclados, puedes usar la fibra para crear una batería funcional", dijo el primer autor del estudio, Nakarin Subjalearndee, ex estudiante de posgrado en NC State. "Si el dióxido de manganeso tenía la forma de un erizo de mar, significaba que el hilo del cátodo tenía una superficie rugosa y no podía usarse".

"El dióxido de manganeso en forma de barra nos dio el mejor rendimiento", agregó Gao. "Estas partículas imitaban la configuración o geometría de la fibra, en comparación con las partículas con forma de erizo de mar, que eran redondas con todo tipo de bordes apuntando. Perturbaron el apilamiento de las nanoláminas de óxido de grafeno dentro de la fibra".

Aunque el rendimiento de la batería era bajo, los investigadores pudieron usarla para alimentar un reloj de pulsera. El equipo quiere continuar con su trabajo para mejorar el rendimiento del diseño.

"Este estudio muestra que la forma y el tamaño de los aditivos en la fibra afectaron el proceso de formación de fibra del óxido de grafeno", dijo Gao. "Esperamos seguir desarrollando este sistema; queremos que nuestro diseño sea comparable a una batería comercial".