Pesquisadores desenvolvem grafeno

Pesquisadores da Universidade Estadual da Carolina do Norte (NC State), da Agência Nacional de Desenvolvimento de Ciência e Tecnologia e do Centro de Serviços de Caracterização e Testes NSTDA na Tailândia criaram um cátodo à base de grafeno no formato de uma fibra semelhante a um fio. Os pesquisadores puderam então usar a fibra para criar um protótipo de bateria de íons de zinco que poderia alimentar um relógio de pulso.

Protótipo de bateria com cátodo em forma de fio. Imagem do site da NCSU

O estudo de prova de conceito é um passo em frente no desenvolvimento de uma bateria em forma de fibra que poderá ser integrada em peças de vestuário.

“Em última análise, queremos fazer uma bateria em forma de fio, para que possamos colocá-la em uma peça de roupa real e, de preferência, escondê-la”, disse o autor correspondente do estudo, Wei Gao, professor associado de engenharia têxtil, química e ciência na NC State. “Neste estudo, criamos um cátodo em forma de fio. Nossas descobertas foram bastante promissoras para uma tira de fibra tão curta e esperamos continuar este trabalho para melhorar o desempenho, a segurança e as propriedades mecânicas de nossos projetos.”

Para criar o cátodo, os pesquisadores utilizaram o grafeno para fazer uma bateria de íons de zinco em forma de fio. Em seu estudo, os pesquisadores criaram diferentes micropartículas de dióxido de manganês em vários formatos e tamanhos. Em seguida, eles usaram um processo de fiação em solução para formar uma fibra feita de óxido de grafeno, com partículas de dióxido de manganês incorporadas. Eles estudaram as propriedades eletroquímicas e outras propriedades das fibras.

“Como estamos tentando fabricar uma bateria de íons de zinco em forma de fibra, nos preocupamos não apenas com o desempenho da bateria, mas também com as propriedades mecânicas – precisamos que a fibra seja forte e também flexível”, disse Gao.

Os pesquisadores descobriram que a forma dos materiais de óxido de grafeno e dióxido de manganês usados ​​para fazer o cátodo afetava sua função eletroquímica. Especificamente, eles descobriram que os componentes mais curtos e em forma de bastão de dióxido de manganês se misturavam homogeneamente com o grafeno, permitindo aos pesquisadores fazer uma fibra que poderia funcionar como um protótipo funcional de bateria. Comparativamente, eles descobriram que quando o dióxido de manganês tinha formato de “ouriço-do-mar”, a fibra não poderia ser usada em uma bateria funcional.

“Quando o grafeno e o dióxido de manganês estiverem bem misturados, você poderá usar a fibra para criar uma bateria funcional”, disse o primeiro autor do estudo, Nakarin Subjalearndee, ex-aluno de pós-graduação da NC State. “Se o dióxido de manganês tivesse o formato de um ouriço-do-mar, isso significava que o fio do cátodo tinha uma superfície áspera e não poderia ser usado.”

“O dióxido de manganês em forma de bastão nos proporcionou o melhor desempenho”, acrescentou Gao. “Essas partículas imitavam a configuração ou a geometria da fibra, em comparação com as partículas em forma de ouriço-do-mar, que eram redondas e com todos os tipos de bordas apontando para fora. Eles perturbaram o empilhamento das nanofolhas de óxido de grafeno dentro da fibra.”

Embora o desempenho da bateria fosse baixo, os pesquisadores conseguiram usá-la para alimentar um relógio de pulso. A equipe quer continuar seu trabalho para melhorar o desempenho do projeto.

“Este estudo mostra que a forma e o tamanho dos aditivos na fibra afetaram o processo de formação da fibra do óxido de grafeno”, disse Gao. “Esperamos continuar desenvolvendo este sistema; queremos que nosso design seja comparável a uma bateria comercial.”