La American Chemical Society (ACS) ha desarrollado una batería de iones de litio, con componentes totalmente elásticos, diseñada para la electrónica flexible. Esta batería incluye una capa de electrolito que puede expandirse en un 5000%, y conserva su capacidad de almacenamiento de carga después de casi 70 ciclos de carga/descarga.
Los aparatos electrónicos flexibles, que se doblan y se estiran, necesitan baterías con propiedades similares. La mayoría de los investigadores que han intentado construir este tipo de baterías las han creado con tejido conductor o componentes rígidos doblados en formas expansibles, similares al origami. Sin embargo, para que una batería sea realmente maleable, cada parte debe ser elástica.
Hasta ahora, los prototipos de baterías verdaderamente elásticas tienen una elasticidad moderada, procesos de montaje complejos o una capacidad de almacenamiento de energía limitada, especialmente a lo largo del tiempo con cargas y descargas repetidas. Esto último puede deberse a una conexión débil entre la capa de electrolito y los electrodos o a la inestabilidad del electrolito fluido, que puede moverse cuando la batería cambia de forma.
Los investigadores de ACS, en lugar de utilizar un líquido, optaron por incorporar el electrolito en una capa de polímero fusionada entre dos películas de electrodos flexibles, para crear una batería completamente sólida y elástica.
Fabricación de la batería flexible
Para fabricar los electrodos de la batería totalmente elástica, el equipo extendió una fina película de pasta conductora que contenía nanocables de plata, negro de carbono y materiales catódicos o anódicos a base de litio sobre una placa. A continuación, se aplicó una capa de polidimetilsiloxano, un material flexible que se utiliza habitualmente en las lentillas, sobre la pasta.
Directamente sobre esta película, los investigadores añadieron una sal de litio, un líquido altamente conductor y los ingredientes para fabricar un polímero elástico. Cuando se activaron con luz, estos componentes se combinaron para formar una capa sólida y gomosa capaz de estirarse hasta el 5000% de su longitud original y de transportar iones de litio. Por último, se cubrió la pila con otra película de electrodos y se selló todo el dispositivo con una capa protectora.
Al comparar el diseño de la batería sólida elástica con un dispositivo similar con un electrolito líquido tradicional, la nueva versión tenía una capacidad de carga promedio aproximadamente seis veces mayor a una velocidad de carga rápida. Asimismo, la batería sólida mantuvo una capacidad más estable mientras operaba durante 67 ciclos de carga y descarga.
Prototipos de baterías con electrodos sólidos
En otros prototipos hechos con electrodos sólidos, el electrolito de polímero mantuvo un funcionamiento constante durante 1.000 ciclos, con una caída de capacidad del 1% en los primeros 30 ciclos, en comparación con una caída del 16% para el electrolito líquido.
Aunque todavía quedan mejoras por hacer, los investigadores consideran que esta nueva forma de crear baterías sólidas totalmente elásticas podría ser un avance prometedor para dispositivos ponibles o implantables que se flexionan y se mueven con el cuerpo.