Pesquisadores desenvolvem grafeno

Pesquisadores da North Carolina State University (NC State), National Science and Technology Development Agency e NSTDA Characterization and Testing Service Center na Tailândia criaram um cátodo baseado em grafeno na forma de uma fibra semelhante a um fio. Os pesquisadores foram então capazes de usar a fibra para criar um protótipo de bateria de íon de zinco que poderia alimentar um relógio de pulso.

Protótipo de bateria com cátodo tipo rosca. Imagem do site da NCSU

O estudo de prova de conceito é um passo à frente no desenvolvimento de uma bateria em forma de fibra que pode ser integrada em roupas.

“Em última análise, queremos fazer uma bateria em forma de fio, para que possamos colocá-la em uma roupa real e, de preferência, escondê-la”, disse o autor correspondente do estudo, Wei Gao, professor associado de engenharia têxtil, química e ciência na Carolina do Norte. "Neste estudo, criamos um cátodo em forma de fio. Nossas descobertas foram bastante promissoras para uma faixa tão curta de fibra 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 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 várias formas e tamanhos. Em seguida, eles usaram um processo de fiação de solução para formar uma fibra feita de óxido de grafeno, com partículas de dióxido de manganês embutidas. Eles estudaram as propriedades eletroquímicas e outras das fibras.

“Como estamos tentando fazer uma bateria de íon 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 que eles usaram para fazer o cátodo afetou sua função eletroquímica. Especificamente, eles encontraram os componentes de dióxido de manganês mais curtos e em forma de haste misturados homogeneamente com o grafeno, permitindo aos pesquisadores fazer uma fibra que poderia operar como um protótipo de bateria funcional. Comparativamente, eles descobriram que quando o dióxido de manganês tinha uma forma de "ouriço-do-mar", a fibra não poderia ser usada em uma bateria funcional.

"Quando o grafeno e o dióxido de manganês foram bem misturados, você pode usar a fibra para criar uma bateria funcional", disse o primeiro autor do estudo, Nakarin Subjalearndee, ex-aluno da NC State. “Se o dióxido de manganês tivesse a forma 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 haste nos deu o melhor desempenho", acrescentou Gao. "Essas partículas imitavam a configuração ou geometria da fibra, em comparação com as partículas em forma de ouriço-do-mar, que eram redondas com todos os tipos de arestas apontando. Elas perturbavam 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 de fibra de óxido de grafeno", disse Gao. "Esperamos continuar desenvolvendo este sistema; queremos que nosso design seja comparável a uma bateria comercial."