Baterías biomórficas podrían proporcionar 72 veces más energía para los robots

Al igual que las reservas de grasa biológica almacenan energía en los animales, una nueva batería recargable de zinc se integra en la estructura de un robot para proporcionar mucha más energía, según ha demostrado un equipo dirigido por la Universidad de Michigan.

Este método para aumentar su capacidad será particularmente importante a medida que los robots reduzcan su tamaño hasta la escala micrométrica y más abajo, escalas en las que las actuales baterías autónomas son demasiado grandes e ineficientes.

“Los diseños de los robots se ven restringidos por la necesidad de baterías que a menudo ocupan el 20% o más del espacio disponible dentro de un robot, o representan una proporción similar del peso del robot“, dijo Nicholas Kotov, Profesor de Ingeniería, quien dirigió la investigación.

Las aplicaciones de los robots móviles son cada vez más frecuentes, desde los aviones teledirigidos hasta las enfermeras robóticas y los robots de almacén.

En el lado micrométrico, los investigadores están explorando robots de enjambre que pueden auto-ensamblarse en dispositivos más grandes.

Las baterías estructurales multifuncionales pueden potencialmente liberar espacio y reducir peso, pero hasta ahora solo podían complementar la batería principal.

“Ninguna otra batería estructural conocida es comparable, en términos de densidad de energía, a las avanzadas baterías de litio de hoy en día.

Para lograrlo, mejoramos nuestra versión anterior de baterías estructurales de zinc en 10 medidas diferentes, algunas de las cuales son 100 veces mejores“, dijo Kotov.

La combinación de densidad de energía y materiales baratos significa que la batería ya puede duplicar el alcance de los robots de entregas, dijo.

“Sin embargo, este no es el límite.

Estimamos que los robots podrían tener 72 veces más capacidad de energía si sus exteriores fueran reemplazados por baterías de zinc, en comparación con tener una sola batería de iones de litio“, dijo Mingqiang Wang, primer autor y recientemente un investigador visitante del laboratorio de Kotov.

La nueva batería utiliza una membrana electrolito que es en parte una red de nanofibras de aramida, las fibras basadas en el carbono que se encuentran en los chalecos de Kevlar, y un nuevo gel polimérico a base de agua.

El gel ayuda a transportar los iones de hidróxido entre los electrodos.

Hecho con materiales baratos, abundantes y en gran parte no tóxicos, la batería es más respetuosa con el medio ambiente que las que se usan actualmente.

El gel y las nanofibras de aramida no se incendiarán si la batería se daña, a diferencia del electrolito inflamable de las baterías de iones de litio.

Las nanofibras de aramida podrían proceder del reciclaje de un chaleco antibalas ya retirado.

Para demostrar sus baterías, los investigadores experimentaron con robots de juguete de tamaño normal y miniaturizados en forma de oruga y escorpión.

El equipo reemplazó sus baterías originales con células de zinc-aire.

Conectaron las celdas a los motores y las colocaron envolviendo el exterior de las orugas.

“Las baterías que pueden hacer el doble de trabajo, almacenar la carga y proteger los ‘órganos’ del robot, replican la multifuncionalidad de los tejidos de grasa que sirven para almacenar energía en los seres vivos“, dijo Ahmet Emre, un estudiante de doctorado en ingeniería biomédica en el laboratorio de Kotov.

La desventaja de las baterías de zinc es que mantienen una alta capacidad durante unos 100 ciclos, en lugar de los 500 o más que esperamos de las baterías de iones de litio de nuestros teléfonos inteligentes“.

Esto se debe a que el metal de zinc forma púas que acaban perforando la membrana entre los electrodos.

La fuerte red de nanofibras de aramida entre los electrodos es la clave de la relativamente larga vida de ciclo de una batería de zinc.

Y los materiales baratos y reciclables hacen que las baterías sean fáciles de reemplazar.

Fuente: Noticias de la Ciencia