(Phys.org) — Si le Google Glass récemment publié et l'Apple iWatch bientôt disponible sont une indication, l'électronique portable pourrait être la prochaine grande vague du futur. Bien qu'ils offrent des fonctionnalités de pointe, des affichages de tête à la surveillance biomédicale, La batterie est sans doute le plus gros goulot d'étranglement pour les technologies portables. Non seulement les batteries doivent être très petites et légères, mais ils doivent également être suffisamment puissants pour répondre aux besoins énergétiques des nombreuses fonctionnalités des appareils.

Dans une nouvelle étude publiée dans Lettres nano , chercheurs Wei Weng, et al., à l'Université Fudan à Shanghai, Chine, ont résolu le problème de l'alimentation en concevant et en fabriquant des fils composites de nanotubes de carbone (CNT) qui sont enroulés sur une fibre de coton pour créer une batterie Li-ion haute performance. Les fibres, qui ont un diamètre d'environ 1 mm, peut ensuite être tissé en textile souple, ou en tissu, et facilement incorporé dans l'électronique portable flexible.

"Une source d'alimentation qui peut être directement et parfaitement intégrée à l'électronique portable est hautement nécessaire, " Weng a dit Phys.org . "Par conséquent, une source d'alimentation en forme de fibre est souhaitée car elle est flexible et facilement tissée dans un textile. Nous avons fabriqué pour la première fois une batterie Li-ion entièrement en fibre à base de fibres de nanotubes de carbone, et la batterie en fibre peut être facilement tissée dans un textile énergétique à haute performance."

Même s'il s'agit de la première réalisation de cette batterie Li-ion fibre CNT, il présente de très bonnes propriétés électrochimiques, dont une densité énergétique élevée (0,75 mWh/cm) et la capacité de conserver 87 % de sa capacité après 100 cycles.

L'un des plus grands défis dans la conception des fibres de batterie Li-ion est de traiter le problème d'expansion du silicium largement connu. Au cours des réactions chimiques qui se produisent pendant le processus de charge/décharge, le silicium subit un grand changement de volume allant jusqu'à 300 %. Pour tenir compte du changement de volume de silicium, les chercheurs ont incorporé des NTC pour fabriquer une anode composite en fil de silicium/CNT. Les CNT amortissent efficacement le changement de volume du silicium et maintiennent le silicium en place. Sans cette structure hybride, l'expansion du silicium provoque son décollement, endommager la batterie.

Pour la cathode, les chercheurs ont utilisé des NTC et du manganite de lithium, qui présente des avantages, notamment une stabilité élevée, haute tension de fonctionnement, et à faible coût. En enroulant les fils d'anode et de cathode à base de CNT - séparés par un électrolyte gel - sur une fibre de coton pour fabriquer une batterie Li-ion, puis tisser les batteries Li-ion dans un textile souple, les chercheurs ont démontré la faisabilité de la fabrication d'une batterie Li-ion à fibre CNT.

Précédemment, des tentatives ont été faites pour fabriquer des fibres de supercondensateurs, mais peu d'attention a été accordée aux fibres de batterie Li-ion en raison de leur fabrication difficile. Cependant, Les batteries Li-ion présentent certains avantages, telles que des densités d'énergie plus élevées et des pertes d'autodécharge plus faibles, par rapport aux supercondensateurs, ils offrent donc la meilleure option pour l'électronique portable en général. Comme l'explique Weng, les travaux actuels améliorent les recherches antérieures dans ce domaine, mais a encore une marge d'amélioration.

"Une batterie Li-ion de forme similaire (type câble) a été signalée en 2012 utilisant du fil de cuivre comme squelette, " dit-il. " Le résultat est magnifique mais peut-être pas adapté pour être tissé dans un textile énergétique. La batterie a un grand diamètre, utilise un électrolyte liquide et est lourd. Ici, nous utilisons comme squelette des fibres de nanotubes de carbone dont la densité est proche de 1/9 du cuivre, et nous utilisons un électrolyte en gel pour garantir la sécurité. De plus, l'anode et la cathode en fil composite en fibre de nanotubes de carbone et en matériaux actifs présentent un petit diamètre de 100 µm, soit seulement 1/10 de l'anode de la batterie du câble. Par conséquent, notre batterie en fibre est compatible avec les fibres polymères qui sont utilisées pour fabriquer des vêtements et a également atteint des performances élevées."

À l'avenir, les chercheurs prévoient d'améliorer encore les batteries à fibres dans divers domaines.

"Premièrement, nous voulons améliorer les performances, telles que la capacité et la durée de vie, " dit Weng. " Deuxièmement, nous voulons une production à grande échelle. Troisièmement, d'autres fonctions seront combinées, par exemple., extensible, allochroïque [changeant de couleur], et autoalimenté."

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