Este nuevo material es capaz de brindar un almacenamiento de energía 33 veces mayor que las fibras convencionales, lo que supone un gran avance en la autonomía de dispositivos como relojes inteligentes, pulseras de actividad y otros dispositivos wearable.
Un equipo de investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea (KIST) ha dado un paso importante en esta dirección, con el desarrollo de un material de electrodo en forma de fibra que promete revolucionar el diseño de dispositivos wearable.
Estos electrodos de fibra destacan por su avanzada resistencia, ligereza y flexibilidad, ofreciendo una versatilidad sin precedentes en el diseño de wearables. La tecnología permite la creación de formas y aplicaciones diversas, otorgando una nueva libertad en los factores de forma de los dispositivos. Los detalles de la investigación fueron publicados en la revista Advanced Energy Materials.
El foco de atención se centra en los supercondensadores en forma de fibra (FSSCs), que se integran de manera imperceptible en diversas formas, similares a las fibras convencionales. Las fibras de nanotubos de carbono (CNTFs) son ideales para estos dispositivos debido a su buena conductividad eléctrica, fuerza y flexibilidad. Producidas mediante un proceso de hilado en húmedo en una fase de cristal líquido, estas fibras muestran características sobresalientes como alta conductividad eléctrica, robustez, ligereza y flexibilidad, gracias a su estructura compacta y alineada y su composición de nanotubos de carbono altamente cristalinos con pocos defectos.
Sin embargo, el desafío reside en la superficie lisa de las CNTFs, que ofrece poco espacio para reacciones químicas, limitando su uso en FSSCs. Para maximizar sus excelentes propiedades en FSSCs, es crucial encontrar una manera de aumentar su capacidad de reacción química sin perder sus características especiales. Aunque los investigadores han intentado añadir materiales adicionales a la superficie de las CNTFs para mejorar su capacidad de almacenamiento energético, esta técnica presenta inconvenientes, como la posible desprendimiento de los materiales añadidos durante el uso, y no es adecuada para la producción de fibras largas y continuas.
Como solución, el equipo de KIST ha desarrollado CNTFs especiales que almacenan energía de manera eficiente sin necesidad de pasos o materiales adicionales. Estas fibras se fabrican mediante el tratamiento de la superficie de los CNTs para convertirlos en una forma especial de cristal líquido, y luego hilándolos en fibras. Aunque el tratamiento de la superficie puede mejorar normalmente su almacenamiento de energía, también podría reducir su conductividad. Para contrarrestar esto, los investigadores aumentaron la concentración de la solución de cristal líquido, lo que resultó en fibras más fuertes y con mejor conductividad eléctrica.
Las fibras de nanotubo de carbono modificadas mostraron un almacenamiento de energía 33 veces superior, 3.3 veces más resistencia y 1.3 veces más conductividad que las fibras regulares. En las pruebas realizadas, estas fibras se utilizaron en dispositivos de almacenamiento de energía y lograron alimentar un reloj digital durante más de 15 minutos con éxito.
En estudios utilizando supercondensadores en forma de fibra, mantuvieron el 95% de su rendimiento después de 5,000 pruebas de flexión y casi el 100% cuando se anudaron. Además, después de ser dobladas, plegadas y limpiadas, también funcionaron bien cuando se tejieron en las correas de relojes digitales usando una mezcla de fibras normales y de nanotubos de carbono.
El Dr. Kim Seung-min, investigador del KIST, afirmó: “Hemos confirmado que los nanotubos de carbono, que recientemente han comenzado a atraer atención nuevamente como material conductor para baterías secundarias, pueden utilizarse en un rango mucho más amplio de campos”.
