Smartphones flexibles, bracelets "intelligents", lunettes avec ordinateur intégré :pour que ces tendances décollent, nous avons besoin de systèmes électriques adaptés. Des scientifiques chinois ont maintenant développé une batterie lithium-ion en forme de fil qui contient des électrodes composées de deux fils composites constitués de nanotubes de carbone et d'oxyde de lithium-titane ou d'oxyde de lithium-manganèse. Comme le rapportent les chercheurs dans la revue Angewandte Chemie , ils ont pu tisser leurs batteries dans la lumière, souple, élastique, et des batteries textiles sûres à haute densité énergétique.
Les méthodes précédentes de production de supercondensateurs électrochimiques en forme de fil en torsadant deux électrodes à fibres ensemble ont abouti à des systèmes aux performances inférieures qui les ont empêchés d'être mis sur le marché. Les batteries lithium-ion peuvent atteindre une densité d'énergie nettement plus élevée, mais n'ont pas été produits auparavant sous forme de fil. En plus d'autres obstacles, les problèmes de sécurité liés aux batteries lithium-ion entrent vraiment en ligne de compte. La source du problème de sécurité est le lithium dendritique, qui peut se former lors d'une surcharge, « poussant » hors de l'anode et provoquant un court-circuit. Cela peut provoquer l'inflammation de la batterie. Cela semble particulièrement critique pour les batteries en forme de fil qui peuvent être étirées, tordu, et plié pendant l'utilisation.
Une équipe dirigée par Huisheng Peng de l'Université Fudan à Shanghai a maintenant réussi à produire des batteries lithium-ion en forme de fil qui ont une densité énergétique élevée et sont également sûres. Leur succès résulte de la structure particulière ainsi que des matériaux utilisés. L'anode et la cathode sont deux fibres constituées de nanotubes de carbone multiparois parallèles qui contiennent soit des particules d'oxyde de lithium-titane (LTO) soit des particules d'oxyde de lithium-manganèse (LMO), respectivement. Lorsque la batterie est en charge, les ions lithium sont transférés du réseau LMO à l'électrolyte puis dans le réseau LTO de l'anode. Le processus inverse se produit lorsque la batterie se décharge. Étant donné que l'insertion de Li a lieu à ~1,5 V (par rapport à Li/Li+) pour l'électrode composite LTO appliquée, le risque de court-circuit causé par le lithium dendritique serait faible et les batteries sont donc sûres.
Les arrangements parallèles de nanotubes de carbone continus retiennent les nanoparticules; ils sont également des voies efficaces pour le transport de charges et servent de collecteurs de courant. Les deux fils d'électrode sont disposés en parallèle, séparés par une couche d'isolant, et enfermé dans un tube thermorétractable. Pour rendre les fils élastiques, ils peuvent être enroulés autour d'une fibre élastique telle que le polydiméthylsiloxane et revêtus d'un électrolyte en gel en couche mince. Ni un étirement répété à deux fois sa longueur d'origine ni des milliers de cycles de déformation ne réduisent la capacité de la batterie.
Les batteries en forme de fil peuvent être filées en fibres longues et tissées en un tissu pouvant être incorporé dans des textiles.
