Inspirada na biologia das enguias elétricas, uma equipe de pesquisa da Universidade Estadual da Pensilvânia fez progressos recentes no campo das fontes de energia flexíveis. A equipe desenvolveu uma nova bateria de hidrogel projetada para imitar os processos iônicos das células da enguia elétrica. Esta pesquisa visa fornecer uma solução de energia flexível, biocompatível e de alta potência para aplicações como dispositivos médicos implantáveis e robótica flexível. As descobertas foram publicadas na revista Advanced Science.
O autor correspondente do artigo, Joseph Najem, professor assistente do Departamento de Engenharia Mecânica, destacou que, embora pesquisas anteriores sobre fontes de energia flexíveis baseadas na biologia dos peixes elétricos já tenham sido realizadas, esses dispositivos geralmente apresentam potência de saída limitada ou exigem suporte mecânico adicional. Para superar essas limitações, a equipe de pesquisa concentrou-se no desenvolvimento de materiais de hidrogel ultrafinos que possam fornecer maior potência sem a necessidade de estruturas de suporte. Najem afirmou: "As células elétricas de uma enguia elétrica são células biológicas ultrafinas capazes de gerar voltagens superiores a 600 volts em um curto período de tempo. Essas células possuem uma densidade de potência muito alta, o que significa que podem gerar uma grande quantidade de energia a partir de um volume muito pequeno."
Para atingir esse objetivo, a equipe de pesquisa utilizou a tecnologia de revestimento por rotação para depositar quatro misturas diferentes de hidrogel, camada por camada, cada camada com apenas 20 micrômetros de espessura. "Descobrimos que o uso de hidrogéis finos reduz naturalmente a resistência interna do material, aumentando assim a densidade de potência que podemos gerar", disse Dole Tillinger, doutorando e coautor principal do artigo. Esse design de estrutura ultrafina é inspirado na morfologia física eficiente das células da enguia elétrica.
A otimização da formulação do material é fundamental para a preparação de hidrogéis ultrafinos de alto desempenho. Outro coautor principal, o estudante de doutorado Yuanpei Li, explicou o processo de pesquisa da equipe: "Tivemos que ajustar cuidadosamente as proporções das misturas químicas para garantir que o hidrogel se espalhasse uniformemente durante a deposição por centrifugação, mantivesse a estabilidade mecânica e fosse fino o suficiente para manter baixa resistência." A fonte de energia de hidrogel otimizada apresenta uma densidade de potência de aproximadamente 44 kW/m³ e pode operar normalmente em temperaturas extremas de até -80 °C, mantendo a hidratação por vários dias no ar, evitando a desidratação e inativação rápidas.
Najem concluiu: "Até onde sabemos, esta é a primeira fonte de energia inteiramente contida em uma solução de hidrogel e que não requer suporte externo. Ainda não descobrimos nenhuma outra tecnologia de hidrogel que possa atingir uma densidade de potência tão alta, mantendo a flexibilidade e a estabilidade ambiental." No futuro, a equipe de pesquisa planeja aprimorar ainda mais a densidade de potência e a eficiência de carregamento desta bateria de hidrogel e explorar seu potencial de autocarregamento.
