Investigadores desarrollan un prototipo innovador de tejido elástico

La nueva batería ofrece seguridad mejorada, rendimiento mejorado y flexibilidad notable para nuevas aplicaciones

Por Rashda Khan 713-743-7587

26 de julio de 2023

La mayoría de la gente ya conoce y aprecia las capacidades de los teléfonos inteligentes; ahora imagina las posibilidades que ofrecen los trajes espaciales, uniformes y ropa deportiva inteligentes. El futuro de la tecnología portátil acaba de recibir un gran impulso gracias a un equipo de investigadores de la Universidad de Houston que diseñaron, desarrollaron y entregaron un prototipo exitoso de una batería de iones de litio basada en tela totalmente estirable.

La idea de esta evolución de vanguardia de la batería de iones de litio surgió de la mente de Haleh Ardebili, profesora Bill D. Cook de Ingeniería Mecánica en la UH. "Como gran fanática de la ciencia ficción, puedo imaginar un 'futuro al estilo de la ciencia ficción' donde nuestra ropa sea inteligente, interactiva y eléctrica", dijo. “Parecía un siguiente paso natural crear e integrar baterías extensibles con dispositivos y ropa extensibles. Imagínese doblar, doblar o estirar su computadora portátil o teléfono en su bolsillo. O usar sensores interactivos integrados en nuestra ropa que monitorean nuestra salud”.

Algunas de estas ideas ya se están haciendo realidad. Sin embargo, como todos los productos electrónicos, necesitan energía, que es donde entran en juego las baterías estirables y flexibles. Un obstáculo importante en el desarrollo de la próxima generación de productos electrónicos o tecnología portátil integrada en telas es que las baterías convencionales son generalmente rígidas, lo que limita su funcionalidad. de los artículos y utilizan un electrolito líquido, lo que plantea problemas de seguridad. Los electrolitos líquidos orgánicos tradicionales son inflamables y, en determinadas condiciones, pueden provocar que las baterías se incendien o incluso exploten.

La clave del avance del equipo de investigación de la UH radica en que los investigadores utilizaron tela conductora de plata como plataforma y colector de corriente.

“La tela plateada tejida era ideal para esto, ya que se deforma o estira mecánicamente y aún proporciona las vías de conducción eléctrica necesarias para que el electrodo de la batería funcione bien. El electrodo de la batería debe permitir el movimiento tanto de electrones como de iones”, dijo Ardebili, autor correspondiente de un artículo que detalla esta investigación en Extreme Mechanics Letters. El primer autor del artículo es Bahar Moradi Ghadi, ex estudiante de doctorado que basó su tesis en esta investigación.

Al transformar los electrodos rígidos de las baterías de iones de litio en electrodos portátiles, de tela, flexibles y estirables, esta tecnología abre posibilidades interesantes al ofrecer un rendimiento estable y propiedades más seguras para dispositivos portátiles y biosensores implantables.

Cómo empezó todo

La idea de las baterías extensibles se le ocurrió a Ardebili hace varios años.

"Me interesaba comprender la ciencia fundamental y los mecanismos relacionados con el estiramiento de una celda electroquímica y sus componentes", dijo. "Este era un campo inexplorado en ciencia e ingeniería y una gran área para investigar".

La ciencia de los efectos de acoplamiento de la deformación mecánica y el rendimiento electroquímico es un campo importante y las baterías extensibles proporcionan un gran vehículo para explorar los mecanismos fundamentales.

Ardebili desarrolló sus ideas en propuestas de subvenciones y ganó varios premios clave para respaldar su trabajo, incluido un premio CAREER de la Fundación Nacional de Ciencias de cinco años en 2013, un premio para nuevos investigadores del Consorcio de subvenciones del Centro Espacial de Texas de la NASA en 2014 y un premio de los EE. UU. Laboratorio de Investigación del Ejército (ARL) en 2017.

"Aunque hemos creado un prototipo, todavía estamos trabajando para optimizar el diseño, los materiales y la fabricación de la batería", dijo Ardebili.

Lo que sigue

Ardebili es optimista en cuanto a que el prototipo de una batería de tela estirable allanará el camino para muchos tipos de aplicaciones, como trajes espaciales inteligentes, productos electrónicos de consumo integrados en prendas que monitorean la salud de las personas y dispositivos que interactúan con los humanos en varios niveles. Hay muchos diseños y aplicaciones posibles para baterías seguras, ligeras, flexibles y extensibles, pero aún queda trabajo por hacer antes de que estén disponibles en el mercado.

"La viabilidad comercial depende de muchos factores, como la ampliación de la capacidad de fabricación del producto, el costo y otros factores", dijo. "Estamos trabajando para lograr esas consideraciones y objetivos a medida que optimizamos y mejoramos nuestra batería extensible".

Ya sea que las baterías elásticas terminen alimentando trajes espaciales o ropa deportiva o alguna otra aplicación innovadora, Ardebili quiere que sean confiables y seguras. "Mi objetivo es asegurarme de que las baterías sean lo más seguras posible", dijo.