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Material inspirado no Bluebird pode aumentar a vida útil da bateria

O pássaro azul oriental não é simplesmente bonito de se ver. Suas penas também apresentam uma estrutura única que pode revolucionar aplicações sustentáveis, como baterias e filtragem de água.

Especificamente, o azul brilhante das asas do pássaro não é resultado da pigmentação da cor. Em vez disso, deve-se a uma rede de canais com um diâmetro de algumas centenas de nanómetros, que atravessa as penas.

Essa estrutura de rede inspirou pesquisadores da ETH Zurich a replicar esse material em laboratório. Eles desenvolveram agora um material sintético que apresenta o mesmo design estrutural das penas do pássaro azul – com potencial para oferecer casos de uso prático, como maior vida útil da bateria.

Os pesquisadores experimentaram uma borracha de silicone transparente que pode ser esticada e deformada. Colocaram-no numa solução oleosa, deixando-o inchar durante vários dias num forno aquecido a 60 °C. Eles então resfriaram e extraíram.

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A equipe observou que a nanoestrutura da borracha mudou durante o procedimento e identificou estruturas de rede semelhantes às das penas do pássaro azul. A única diferença essencial era a espessura dos canais formados: o material sintético tinha 800 nanômetros próximo aos 200 nanômetros da pena.

Estrutura de penas de Bluebird e replicação de material sintético
A microestrutura de uma pena (B) do azulão oriental (A) e à direita a mesma estrutura do laboratório (D) e o material desenvolvido (C). Crédito: Fernández-​Rico, C., et al. Materiais da Natureza, 2023

A conquista foi resultado do novo método baseado na separação de fases de uma matriz polimérica e uma solução oleosa. A separação de fases é um fenômeno físico comum que todos testemunhamos em nossa vida cotidiana. Por exemplo, pense em um molho para salada feito de azeite e vinagre – as substâncias se separam, a menos que sejam agitadas vigorosamente, e se separam novamente quando a agitação cessa.

Mas também é possível misturar as substâncias com aquecimento e separá-las novamente com resfriamento — e foi exatamente isso que os cientistas fizeram no laboratório.

“Somos capazes de controlar e selecionar as condições de forma que canais sejam formados durante a separação de fases. Conseguimos interromper o procedimento antes que as duas fases se fundissem completamente novamente”, disse Carla Fernández Rico, principal autora do estudo.

Uma vantagem notável deste método é que o material permanece escalável. “Em princípio, você poderia usar um pedaço de plástico emborrachado de qualquer tamanho. No entanto, você também precisaria de recipientes e fornos correspondentemente grandes”, acrescentou Rico.

A tecnologia pode ser útil em baterias ao substituir eletrólitos líquidos, que facilitam a transferência de íons de lítio entre os eletrodos, mas muitas vezes reagem com os íons e, dessa forma, reduzem a capacidade e a saúde da bateria. Eletrólitos sólidos com estrutura de rede como a desenvolvida pelos pesquisadores não apenas eliminariam o problema, mas também permitiriam um bom transporte de íons e aumentariam a vida útil da bateria.

Os filtros de água são outro campo potencial de aplicação graças às propriedades de transporte da rede e à grande área superficial, que poderiam permitir a remoção de contaminantes, incluindo bactérias e outras partículas de água prejudiciais.

Rico pretende continuar a desenvolver a sua investigação com vista à sustentabilidade e constata que o trabalho da equipa está longe de terminar.

“O produto ainda está muito longe de estar pronto para o mercado”, disse ela. “Embora o material emborrachado seja barato e fácil de obter, a fase oleosa é bastante cara. Um par de materiais mais barato seria necessário aqui.” Talvez a ferramenta de aprendizagem profunda da DeepMind possa ser útil.

O estudo completo está publicado na revista Materiais da Natureza.