"Esto significa que los envases tradicionales de las baterías han dado paso a un enfoque mucho más flexible que permite todo tipo de diseños nuevos y posibilidades de integración de dispositivos de almacenamiento," dijo Ajayan, profesor de Ingeniería Mecánica y Ciencia de los Materiales y de química en Rice. “Últimamente ha habido mucho interés en crear fuentes de energía con un factor de forma mejorada, y esto es un gran paso adelante en esa dirección.”
La autora principal Neelam Singh, una estudiante graduada en Rice, y su equipo pasaron horas laboriosas formulando, mezclando y probando pinturas para cada uno de los cinco componentes en capas - dos colectores de corriente, un cátodo y un ánodo y un separador de polímeros en el medio.
Los materiales fueron pintados con aerógrafo en azulejos de baño de cerámica, polímeros flexibles, vidrio, acero inoxidable e incluso una jarra de cerveza para ver cómo se conectaban con cada sustrato.
En el primer experimento, nueve baterías basadas en azulejos se conectaron en paralelo. Una de ellas fue cubierta con una celda solar que convierte la energía de una luz blanca de laboratorio. Cuando se cargaron al completo tanto por el panel solar y la corriente de la casa las baterías propulsaron por sí solas un conjunto de diodos emisores de luz que formaban la palabra "RICE" durante seis horas. Las baterías proporcionaron una velocidad constante de 2.4 voltios.
En el primer experimento, nueve baterías basadas en azulejos se conectaron en paralelo. Una de ellas fue cubierta con una celda solar que convierte la energía de una luz blanca de laboratorio. Cuando se cargaron al completo tanto por el panel solar y la corriente de la casa las baterías propulsaron por sí solas un conjunto de diodos emisores de luz que formaban la palabra "RICE" durante seis horas. Las baterías proporcionaron una velocidad constante de 2.4 voltios.
Los investigadores informaron de que las baterías pintadas a mano son notablemente consistentes en sus capacidades, con un 10% por encima o por debajo del objetivo. También se hicieron 60 ciclos de carga y descarga con tan sólo una pequeña gota de capacidad, dijo Singh.
Cada capa es un preparado optimizado. La primera, el colector de corriente positiva, es una mezcla de purificada de nanotubos de carbono con partículas negras de carbono dispersados en N metilpirrolidona. La segunda es el cátodo, que contiene óxido de cobalto litio, carbono y grafito ultrafino (UFG) en polvo en una solución de aglutinante. La tercera es la pintura separadora de polímeros de resina Kynar Flex, PMMA y dióxido de silicio dispersados en una mezcla de disolventes. La cuarta, el ánodo, es una mezcla de litio y óxido de titanio UFG en un aglutinante, y la capa final es el colector de corriente negativa, una pintura conductora de cobre disponible comercialmente diluida con etanol.
“La parte más dura fue conseguir estabilidad mecánica, y el separador tuvo un papel muy importante,” dijo Singh. “Encontramos que las capas de nanotubos y la del cátodo se pegaban muy bien, pero si el separador no estaba mecánicamente estable, se despegaría el sustrato. Añadiendo PMMA conseguimos la adherencia necesaria.” Una vez pintados, los azulejos y otros elementos fueron infundidos con el electrolito y después sellados térmicamente y cargados.
Singh dijo que las baterías se podían cargar fácilmente con una pequeña placa solar. También prevé la posibilidad de integrar las baterías pintables con las recientemente publicadas células solares pintables para crear una combinación almacenamiento de energía que sería difícil de superar. Tan buenas como son las baterías _ pintadas a mano, dijo, la ampliación de los métodos modernos mejorarán a pasos agigantados. "La pintura con aerógrafo ya es un proceso industrial, por lo que sería muy fácil de incorporar esto en la industria", dijo Singh.
Los investigadores de Rice han patentado la técnica, la cual continuarán mejorando. Singh dijo que están buscando electrolitos que harían que fuera más fácil crear este tipo de baterías al aire libre, y también prevén sus pilas como complemento junto a azulejos que se pueden configurar en cualquier número de formas. "Realmente lo considero un cambiador de paradigma", dijo.
Los co-autores del experimento son los estudiantes graduados Charudatta Galande y Akshay Mathkar, la alumna Wei Gao, que ahora es una investigadora postdoctoral en el Laboratorio Nacional de Los Álamos, y la investigadora científica Arava Leela Mohana Reddy, todos ellos de Rice. También la interna del Rice Quantum Institute Andrea Miranda, y Alexandru Vlad, un ex-investigador asociado en Rice, que ahora es un investigador postdoctoral en la Universidad Católica de Louvain, Bélgica.
El Consorcio de Energía Avanzada, las Asociaciones Nacionales de Ciencia de la Fundación para la Investigación Internacional y Educación, Laboratorios de Investigación del Ejército y Nanoholdings Inc. apoyaron la investigación.
