Geradores Elétricos Húmidos de Alto Desempenho, Altamente Esticáveis e Flexíveis via Engenharia Molécula de Hidrogéis

A coleta de energia da umidade ubíqua emergiu como uma tecnologia promissora, oferecendo oportunidades para alimentar eletrônicos wearable. No entanto, a baixa densidade de corrente e a elongação inadequada limitam sua integração em dispositivos vestíveis autônomos. Neste trabalho, um gerador elétrico húmido (MEG) de alto desempenho, altamente esticável e flexível é desenvolvido através da engenharia molecular de hidrogéis. A engenharia molecular envolve a impregnação de íons de lítio e grupos ácidos sulfonicos nas cadeias moleculares do polímero para criar hidrogéis condutores de íons e elásticos. Essa nova estratégia aproveita totalmente a estrutura molecular das cadeias de polímero, contornando a adição de elastômeros ou condutores extras. Um MEG à base de hidrogéis do tamanho de um centímetro pode gerar uma tensão em circuito aberto de 0,81 V e uma densidade de corrente de curto-circuito de até 480 µA cm-2. Esta densidade de corrente é mais de dez vezes maior que a da maioria dos MEGs relatados. Além disso, a engenharia molecular melhora as propriedades mecânicas dos hidrogéis, resultando em uma elasticidade de 506%, representando o nível de ponta entre os MEGs relatados. Notavelmente, a integração em larga escala dos MEGs de alto desempenho e elásticos é demonstrada para alimentar vestíveis com eletrônicos integrados, incluindo máscaras de monitoramento respiratório, capacetes inteligentes e trajes médicos. Este trabalho fornece novas perspectivas sobre o design de MEGs de alto desempenho e esticáveis, facilitando sua aplicação em vestíveis autônomos e ampliando o cenário de aplicação.