Investigadores de la Universidad Rice y la Universidad Estatal de Carolina del Norte han creado una batería extensible y no tóxica que funciona extrayendo humedad del ambiente, incluso en climas tan secos como el desierto. El baterias podría ser útil en aplicaciones de Internet de las cosas (IoT), que van desde dispositivos portátiles hasta monitores de vigilancia avanzados con interruptores de apagado integrados.
Las tecnologías emergentes, como los monitores portátiles, la robótica en miniatura y otros dispositivos de IoT, requieren fuentes de energía ligeras y flexibles. Las baterías convencionales, que representan las mejores opciones de fuente de energía, suelen ser demasiado rígidas y pesadas para ser útiles y contienen materiales tóxicos que pueden tener fugas. Los recolectores de energía, llamados así porque captan energía del entorno y la convierten en energía eléctrica, son más ligeros, pero su rendimiento es limitado.
La nueva batería activada por humedad (MAB) incluye un ánodo de magnesio y un cátodo de plata/cloruro de plata, con una membrana de celulosa cargada con sales de cloruro de litio que sirve como separador. El separador recoge la humedad del aire ambiente, lo que disuelve las sales y crea el electrolito, permitiendo que la carga fluya a través de la batería.
«Nuestra batería elimina electrolitos tóxicos e inflamables porque esencialmente funciona con agua salada», dijo Amay Bandodkarprofesor asistente de ingeniería eléctrica e informática en NC State y coautor correspondiente de la investigación «Y dado que solo se activa una vez que se expone al aire ambiente, permanece inactivo mientras está dentro del paquete sellado, lo que le otorga una vida útil prolongada».
Los investigadores también mejoraron el rendimiento de la batería mientras se estiraba. La mayoría de las baterías extensibles utilizan una serie de interconectores serpentinos que aún permiten que la corriente fluya cuando se estiran. Sin embargo, estirar el dispositivo crea espacios que reducen la densidad de energía. El diseño del MAB utiliza una estructura inspirada en el pangolín de escamas superpuestas densamente empaquetadas, lo que elimina la mayoría de esos espacios.
«La mecánica desempeña un papel central a la hora de hacer que estas baterías sean flexibles y prácticas», dijo Raudel Avilaprofesor asistente de ingeniería mecánica en la Universidad Rice y coautor correspondiente del estudio, «Nuestro modelado reveló cómo el apilamiento bioinspirado y los interconectores estirables pueden redistribuir la deformación en toda la batería, preservando el rendimiento al doblarse, torcerse y estirarse, al tiempo que minimiza el espacio vacío que normalmente reduce la densidad de energía».
Los investigadores utilizaron el MAB para hacer funcionar un oxímetro inalámbrico Bluetooth durante hasta 30 horas, lo que demuestra que su vida útil es comparable a la de las baterías convencionales.
«Esta batería es mucho más que una prueba académica de concepto; es una fuente de energía práctica capaz de alimentar dispositivos médicos y de IoT cotidianos», dijo Abraham Vázquez Guardadoprofesor asistente de ingeniería eléctrica e informática en NC State y coautor correspondiente de la investigación. «Ese nivel de rendimiento demuestra que esta tecnología de batería está lista para alimentar una generación completamente nueva de dispositivos y aplicaciones electrónicos».
«Además, la batería es más ligera que muchas baterías disponibles comercialmente y está hecha de materiales biocompatibles y biodegradables, lo que la convierte en una alternativa viable y no tóxica a las baterías de iones de litio», añadió. Rajaram Kavetiinvestigador postdoctoral en NC State y primer autor del estudio.
Finalmente, el equipo de investigación también demostró una característica única de «interruptor de apagado» basada en la tecnología de recolección de humedad, que puede servir como protección contra manipulaciones y destruir rápidamente un dispositivo cuando se activa. Estos interruptores de apagado podrían ser útiles en el monitoreo de vigilancia utilizado en misiones encubiertas de recopilación de inteligencia.
El interruptor está compuesto por una mezcla seca de aluminio y polvo de yodo almacenado dentro de un compartimento aislado dentro de la carcasa del dispositivo. Una membrana de celulosa que recoge la humedad cubre el compartimento. Cuando se aplica presión a la carcasa (por ejemplo, cuando alguien intenta quitar o desactivar un dispositivo de vigilancia), la mezcla de polvo seco entra en contacto directo con el agua recolectada, lo que inicia una reacción química violenta que envuelve el dispositivo en llamas y lo destruye por completo.
Como prueba de concepto, los investigadores instalaron el interruptor de apagado dentro de un sensor de gas inalámbrico alimentado por MAB. El equipo demostró que el sensor inalámbrico, incluida la electrónica CMOS integrada, fue destruido a los tres minutos de su activación.
«Estas baterías abren nuevas oportunidades en fuentes de energía miniaturizadas, de alta densidad de energía y no tóxicas, adecuadas para dispositivos IoT de próxima generación», dijo Bandokar.
Fuente: Universidad de arroz
