Método de impressão 3D pode melhorar o armazenamento de microenergia

Uma chave para tornar os dispositivos portáteis mais compactos e eficientes em termos energéticos reside na forma precisa em nanoescala dos condensadores de armazenamento de energia. Pesquisadores na Suécia relatam que superaram o desafio com um método exclusivo de impressão 3D.

Pesquisadores do KTH Royal Institute of Expertise demonstraram um 3D método de impressão para a fabricação de microssupercapacitores de vidro (MSCs) que reduzem a complexidade e o tempo necessários para formar os intrincados recursos em nanoescala de que os MSCs precisam.

O avanço poderia potencialmente levar a sistemas mais compactos e energeticamente eficientes dispositivos portáteisincluindo sensores autossustentáveis, dispositivos vestíveis e outras aplicações da Web das Coisas, diz Frank Niklaus, professor de micro e nanossistemas na KTH. O estudo deles foi publicado em ACS Nano.

O novo método aborda dois desafios principais na fabricação de tais dispositivos. O desempenho de um microssupercapacitor é amplamente determinado por seus eletrodos, que armazenam e conduzem energia elétrica. Portanto, eles precisam de mais área de superfície do eletrodo e de canais em nanoescala para facilitar o transporte rápido de íons. Po-Han Huang, autor principal do estudo na KTH, diz que a nova pesquisa aborda ambos os desafios com pulso de laser ultracurto Tecnologia de impressão 3D.

Os pesquisadores descobriram que pulsos de laser ultracurtos podem induzir duas reações simultâneas em hidrogênio silsesquioxano (HSQ), um materials precursor semelhante ao vidro. Uma reação resulta na formação de nanoplacas auto-organizadas, enquanto a segunda converte o precursor em vidro rico em silício, que é a base do processo de impressão 3D. Isto permite a fabricação rápida e precisa de eletrodos com muitos canais abertos, o que maximiza a área de superfície e acelera o transporte de íons.

Os pesquisadores demonstraram a abordagem por meio de microssupercapacitores de impressão 3D que funcionaram bem mesmo quando carregados e descarregados muito rapidamente.

“Nossas descobertas representam um salto significativo na microfabricação, com amplas implicações para o desenvolvimento de dispositivos de armazenamento de energia de alto desempenho”, diz Huang. “Além dos MSCs, nossa abordagem tem aplicações potenciais interessantes em áreas como comunicação óptica, sensores nanoeletromecânicos e armazenamento óptico de dados 5D.”

As implicações também são significativas para as tecnologias atualmente de uso comum. Supercapacitores do tipo não micro já coletam a energia gerada durante a frenagem, estabilizando fonte de energia em eletrônicos de consumoe otimizar a captura de energia em energias renováveis, diz Niklaus. “Os micro-supercapacitores têm o potencial de tornar essas aplicações mais compactas e eficientes.”