Alguns eletrônicos podem dobrar, torcer e esticar em visores vestíveis, aplicações biomédicas e robôs soft. Embora os circuitos desses dispositivos tenham se tornado cada vez mais flexíveis, as baterias e supercapacitores que os alimentam ainda são rígidos. Agora, os pesquisadores do Nano Letters da ACS relatam um supercapacitor flexível com eletrodos feitos de carboneto de titânio enrugado – um tipo de nanomaterial MXene – que manteve sua capacidade de armazenar e liberar cargas eletrônicas após alongamento repetitivo.
Um grande desafio que a eletrônica extensível deve superar é a natureza rígida e inflexível de seus componentes de armazenamento de energia, baterias e supercapacitores. Supercapacitores que usam eletrodos feitos de carbonetos metálicos de transição, carbonitretos ou nitretos, chamados MXenes, têm propriedades elétricas desejáveis para dispositivos portáteis flexíveis, como carga e descarga rápida. E a maneira como os MXenes 2D podem formar nanofolhas de várias camadas fornece uma grande área de superfície para armazenamento de energia quando são usados em eletrodos. No entanto, pesquisadores anteriores tiveram que incorporar polímeros e outros nanomateriais para evitar que esses tipos de eletrodos quebrem quando dobrados, o que diminui sua capacidade de armazenamento elétrico. Portanto, Desheng Kong e seus colegas queriam ver se a deformação de um filme MXene de carboneto de titânio puro em cristas semelhantes a acordeão manteria as propriedades elétricas do eletrodo, ao mesmo tempo que adicionaria flexibilidade e extensibilidade a um supercapacitor.
Os pesquisadores desintegraram o pó de carboneto de titânio e alumínio em flocos com ácido fluorídrico e capturaram as camadas de nanofolhas de carboneto de titânio puro como um filme texturizado em um filtro. Em seguida, eles colocaram o filme em um pedaço de elastômero acrílico pré-esticado que tinha 800% de seu tamanho relaxado. Quando os pesquisadores lançaram o polímero, ele encolheu ao seu estado original e as nanofolhas aderidas se amassaram em rugas semelhantes a acordeão.
Em experimentos iniciais, a equipe descobriu que o melhor eletrodo era feito de um filme de 3 µm de espessura que podia ser esticado e relaxado repetidamente sem ser danificado e sem modificar sua capacidade de armazenar uma carga elétrica. A equipe usou esse material para fabricar um supercapacitor imprensando um eletrólito de gel de ácido polivinílico (álcool) -sulfúrico entre um par de eletrodos extensíveis de carboneto de titânio. O dispositivo tinha uma alta capacidade de energia comparável aos supercapacitores baseados em MXene desenvolvidos por outros pesquisadores, mas também tinha uma extensibilidade extrema de até 800% sem as nanofolhas rachando. Manteve cerca de 90% de sua capacidade de armazenamento de energia depois de ser esticado 1.000 vezes, ou depois de ser dobrado ou torcido. Os pesquisadores afirmam que o excelente armazenamento de energia e a estabilidade elétrica de seu supercapacitor são atraentes para dispositivos de armazenamento de energia extensíveis e sistemas eletrônicos vestíveis.
Publicado em 09/09/2021 10h47
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