Las celdas de combustible flexibles en forma de fibra pueden funcionar incluso cuando se doblan o cortan. Crédito: Nat. Mater. (2025). Doi: https://doi.org/10.1038/s41563-025-02319-2
Las celdas de combustible de fibra a base de algodón ahora pueden convertir el metanol en electricidad al tiempo que mantiene la densidad de potencia máxima a través de 2,000 ciclos flexibles continuos. Este avance allana el camino para fuentes de energía seguras y de alto rendimiento para electrónica flexible y dispositivos portátiles.
Investigadores de la Universidad Soochow desarrollaron celdas de combustible de metanol directo en forma de fibra (FDMFC) utilizando hilos tejidos con gel. Estos “hilo@geles” emplean una estrategia de presión interna adaptativa, donde la hinchazón natural de las fibras de algodón dentro de la matriz de gel genera presión para mantener los componentes celulares fuertemente unidos, eliminando la necesidad de piezas voluminosas y rígidas. El resultado es una celda de combustible que es flexible, de esquina, resistente al agua y rápidamente para repostar en solo un minuto.
Los hallazgos de este estudio son publicado en materiales de la naturaleza.
A medida que la tecnología personal evoluciona hacia dispositivos portátiles flexibles, la demanda de fuentes de energía flexibles y livianas se ha aumentado dramáticamente. Los científicos han diseñado fuentes de energía flexibles de todo tipo, desde células solares hasta baterías de iones de litio y supercondensadores. Sin embargo, cada uno se queda corto, limitado por la dependencia de la luz, el almacenamiento de energía deficiente y la recarga lenta, empujando a los investigadores a buscar mejores sistemas de energía.
Rendimiento de la fuente de alimentación de FDMFCS durante las pruebas de penetración de palo de madera, mientras que sus características anti-salpicaduras se validan a través de experimentos de pulverización de agua. Crédito: Materiales de la naturaleza (2025). Doi: 10.1038/s41563-025-02319-2
Las celdas de combustible han surgido como jugadores prometedores en este campo, ofreciendo una alta densidad de energía y un reabastecimiento de combustible rápido que las hacen ideales para uso continuo, pero tampoco están exentos de fallas. En este estudio, los investigadores abordaron estos desafíos al introducir el hilo@geles en un diseño flexible de celdas de combustible. Esta innovación proporcionó una retención de combustible superior y la estabilidad mecánica, pero conquistó los problemas de rigidez y sellado que habían plagado durante mucho tiempo las celdas de combustible flexibles.
El diseño de las celdas de combustible de metanol en forma de fibra comenzó con la preparación de un gel primario de poli (N, N-dimetilacetamida) (PDMA) a través de la fotopolimerización inducida por UV, utilizando un reticulador y un fotoiniciador para formar la matriz de gel. Para crear los geles de hilo@, el hilo de algodón tejido se empapó en esta solución hasta que se saturó completamente y luego se curó bajo luz UV para formar fibras recubiertas de gel. El conjunto del electrodo de membrana (MEA) se preparó por separado mediante rociando tintas de catalizador de ánodo y cátodo en una membrana nafion pretratada.
Síntesis y caracterización de yarn@geles. A, esquema de la estructura de los hilados@geles. B, imagen de sección transversal de microscopía electrónica de barrido de un hilo@gel, que muestra su estructura jerárquica compuesta de fibras de algodón y una capa de gel. Crédito: Nat. Mater. (2025). Doi: https://doi.org/10.1038/s41563-025-02319-2
Finalmente, las celdas de combustible se construyeron envolviendo múltiples capas funcionales alrededor del núcleo de yarn@gels de manera capa por capa. Luego, el equipo probó el rendimiento electroquímico y los límites mecánicos de las celdas de combustible.
Las celdas de combustible lograron densidades de potencia máxima de 27.3 mW/cm² a 60 ° C y 5.89 mW/cm² incluso por debajo de la congelación, realizando de manera confiable de -22 ° C a 70 ° C. Mantuvieron un 94.7% incluso después de 1,500 ciclos de flexión de 180 ° y continuaron funcionando con poca pérdida de rendimiento incluso cuando se cortaron a la mitad. Incluso después de 100 ciclos de reabastecimiento de combustible -descarga a 200 mA, no se observó caída de voltaje.
La resistencia excepcional y el rendimiento de potencia de estas celdas de combustible en forma de fibra los convierten en candidatos ideales para la electrónica portátil. Los investigadores señalan que este diseño modular podría escalarse desde textiles inteligentes y electrónica portátil hasta aplicaciones de energía a gran escala.
Escrito para usted por nuestro autor Sanjukta Mondaleditado por Gaby Clarky verificado y revisado por Robert Egan—Este artículo es el resultado de un trabajo humano cuidadoso. Confiamos en lectores como usted para mantener vivo el periodismo científico independiente. Si este informe le importa, considere un donación (especialmente mensual). Obtendrá una cuenta sin anuncios como agradecimiento.
Más información: Yongjiang Yuan et al, celdas de combustible flexibles en forma de fibra con encapsulación de presión interna mediada por gel, materiales de la naturaleza (2025). Dos: 10.1038/s41563-025-02319-2
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Cita: las celdas de combustible de metanol a base de algodón podrían alimentar futuras electrónicas flexibles (2025, 17 de septiembre) recuperado el 17 de septiembre de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-09-cotton-methanol-fuel-cells.html
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