A medida que los dispositivos electrónicos se vuelven más pequeños y más delgados sin reducir sus demandas de energía, desafían a los ingenieros a diseñar baterías que puedan caber en espacios cada vez más pequeños sin comprometer el rendimiento.
“Para sensores pequeños, necesita rediseñar la batería para que sea como un rascacielos en New York en lugar de una casa de campo en California”, dijo Bruce Dunn, profesor de la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA) que dirigió el equipo.
“Eso es lo que hace una bateria 3D y podemos usar el procedimiento de semiconductores y un electrolito conforme para que sea compatible con las demandas de los dispositivos pequeños conectados a Internet”.
Incluso las baterías bidimensionales más innovadoras están limitadas en las formas que pueden tomar: la batería básica toma una porción de ánodo y una porción de cátodo y empaqueta un electrolito conductor de iones entre los dos para completar el circuito.
Sin embargo, en principio hay innumerables formas de crear un ánodo tridimensional y un cátodo 3D que se unen como piezas de rompecabezas (aún separadas necesariamente por una pequeña cantidad de electrolito).
La configuración elegida por el grupo de Dunn se llama diseño de “tubo concéntrico”, donde una serie de postes de ánodo espaciados uniformemente están cubiertos uniformemente por una capa delgada de un electrolito polimérico autogenerable y la región entre los postes se llena con el material del cátodo.
A pesar de esta aparente simplicidad, muchos investigadores sólo han podido construir la mitad de una batería 3D, creando ánodos y cátodos que son estables por sí solos, pero fallan al tratar de ensamblar estos electrodos en una batería funcional, algo que el equipo de Dunn logró a través del silicio.
El resultado ha sido una batería de 5,2 mvH por centímetro cuadrado, una de las más altas reportadas para una batería 3D en un minúsculo espacio de 0,09 cm2 con una resistencia de 100 ciclos de carga y descarga.
En conclusión, es un gran paso adelante en la mejora del diseño de estos dispositivos necesarios para la próxima generación de aparatos que estarán interconectados mediante la red (IoT).
Sin embargo, Dunn advierte que el desafío aún por resolver con estas baterías es el embalaje. “Debes sellarlos, mantenerlos pequeños y asegurarse de que funcionen tan bien en el mundo real como en la maqueta de diseño”, agregó.
Por ahora, siguen los estudios y avances par satisfacer las demandas de los nuevos dispositivos demandantes de mayor capacidad de almacenamiento energía a espacios reducidos para su vital funcionamiento.
