Con la ambición de desarrollar dispositivos electrónicos portátiles versátiles, investigadores del Laboratorio de Física Aplicada (APL) de Johns Hopkins en Laurel, Maryland, han establecido nuevos enfoques para el desarrollo de fibras alimentadas por baterías y energía solar que pueden ampliarse a volúmenes adecuados para la producción de masa.
Esta tecnología se puede tejer en ropa que tiene el potencial de recolectar y almacenar energía eléctrica, según un comunicado de los científicos.
Debido a que las baterías de fibra normales se ven obstaculizadas por limitaciones de escalabilidad y rendimiento, los científicos diseñaron baterías de fibra con un diseño apilado similar a las celdas de bolsa convencionales.
El enfoque implica laminación de capas y procesamiento láser para diseñar fibras de batería con anchos tan estrechos como 650-700 µm.
Tech Xplore señaló que estas fibras podrían impulsar dispositivos electrónicos portátiles de alto rendimiento que respiran, se estiran y se lavan como las telas convencionales.
Laminación de electrodos de baterías convencionales para dispositivos portátiles.
"A medida que evoluciona la demanda de textiles electrónicos, existe la necesidad de fuentes de energía más pequeñas que sean reutilizables, duraderas y extensibles", dijo Konstantinos Gerasopoulos, subdirector del programa de física, materiales y dispositivos electrónicos de la APL e investigador principal de este proyecto.
" Nuestra visión es desarrollar fibras que recojan energía solar, que puedan convertir la luz solar en electricidad, y fibras alimentadas por baterías, que puedan almacenar la electricidad generada en el tejido".
La clave de este progreso es el desarrollo de separadores de poli(fluoruro de vinilideno-co-hexafluoropropileno) (PVDF-HFP). Estos permiten enrollar electrodos de baterías convencionales mediante una prensa de rodillos calentada, como se señala en el estudio.
Ejemplo de fibra de acumulación.
Luego, las tiras laminadas se cortan con láser para formar fibras, que se han probado con éxito, lo que demuestra que la densidad de energía de las baterías de fibra puede almacenar hasta 0,61 milivatios hora de energía por centímetro de longitud de fibra.
Las baterías de fibra también se diseñaron para equiparse de forma enrollada. Esto representó un cambio con respecto a los métodos anteriores, ya que el nuevo enfoque ofrece un uso óptimo de materiales activos, un bajo contenido de materiales inactivos, escalabilidad y compatibilidad con equipos ampliamente utilizados en la industria de baterías.
"Siempre hemos diseñado teniendo en cuenta la compatibilidad entre rollos", señaló Rachel Altmaier, autora principal del estudio.
“Tenemos que poder ejecutar todos nuestros procesos de forma continua; de lo contrario, lo que desarrollemos no será relevante. Este proceso podría insertarse en una línea de producción existente".
El equipo de la batería se fabricó a medida a partir de fibras delgadas y escalables, empleando un proceso de rollo a rollo sobre el cual se laminaron tiras planas de electrodos de ánodo y cátodo con un separador de polímero en una pila. Todo fue cortado con láser en fibras finas.
Procesando 100 metros de fibra en más de cinco horas
"Podemos procesar 100 metros de fibra total en poco más de cinco horas", explicó Jason Tiffany, ingeniero de APL y coautor del artículo. "Con nuestro proceso, podemos hacer fibras más pequeñas y más densas en energía, lo que podría abrir aún más oportunidades para aplicaciones textiles".
Sin embargo, las fibras de energía solar se han adaptado a la tecnología de células solares convencionales ensamblándolas en circuitos flexibles. Luego fueron encapsulados en un polímero que les permitió integrarse en los tejidos. A pesar de una gran flexión y exposición a la luz, se ha demostrado que este método proporciona un alto rendimiento y durabilidad.
"El mayor desafío de la tecnología actual de células solares es su rigidez", destacó Michael Jin, autor principal del artículo sobre células solares. "Se puede imaginar que reducir los paneles solares, como los que se encuentran en los tejados, hasta convertirlos en una pequeña fibra solar sería un gran desafío".
"Utilizamos procesos de fabricación microelectrónica estándar para desarrollar un enfoque innovador que transformó la actual tecnología de células solares rígidas en fibras flexibles y duraderas", añadió Jin.
"Incluso después de doblar la fibra 8.000 veces, no vimos ningún cambio en su rendimiento".
El nuevo dispositivo podría permitir diversas aplicaciones, como el control de la salud, calentar la ropa y suministrar energía al equipo de los soldados.
Este nuevo estudio representa un cambio de paradigma en la tecnología de baterías de fibra, allanando el camino para la creación de productos electrónicos portátiles y textiles de alto rendimiento, o e-textiles. En Italia, la Universidad de Bolonia participa activamente en este sector.
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El artículo Energía solar para la ropa: Desarrollan tejidos que pueden convertir la luz en electricidad y almacenarla proviene de Escenarios Económicos .
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