Si les rcentes Google Glass et la toute prochaine iWatch dApple sont une indication, llectronique portable pourrait tre la prochaine grande vague de lavenir. Bien quelles offrent des fonctionnalits de haute vole, comme des afficheurs tte haute ou de la surveillance biomdicale, sans doute le plus grand obstacle pour les technologies portables est la batterie. Non seulement les batteries doivent tre trs petites et lgres, mais elles doivent aussi tre suffisamment puissantes pour rpondre aux besoins nergtiques des nombreuses fonctionnalits des appareils.
Dans une nouvelle tude publie dans Nano Letters, les chercheurs de lUniversit de Fudan Shanghai, en Chine, ont abord le problme de lnergie en concevant et fabriquant des fils composites en nanofibres de carbones (CNT) qui sont enrouls sur une fibre de coton pour crer une batterie Li -ion de haute performance. Les fibres, qui ont un diamtre denviron 1 mm, peuvent ensuite tre tisses en un textile souple, sur un vtement, et facilement incorpors dans des appareils lectroniques portable flexibles.
Une source dnergie qui peut tre directement et parfaitement intgre avec les appareils lectroniques portables est hautement ncessaire , a dclar Wei Weng de lUniversit de Fudan. Par consquent, une source dalimentation en forme de fibres est souhaitable car elle est flexible et facilement tisse dans un textile. Nous avons fabriqu pour la premire fois, une batterie Li -ion toute en fibre base de fibres en nanotubes de carbone, et la batterie en fibres peut tre facilement tisse dans un textile pour disposer dnergie avec une haute performance .
Mme si cest la premire ralisation de cette batterie Li -ion fibres CNT, elle prsente de trs bonnes proprits lectrochimiques, y compris une haute densit dnergie (0,75 MWh/cm) et la capacit de conserver 87 % de sa capacit aprs 100 cycles.Un des plus grands dfis dans la conception de fibres pour batterie Li -ion a t de faire face au problme connu de lexpansion de silicium. Au cours des ractions chimiques qui se produisent pendant le processus de charge/dcharge, le silicium est soumis une grande variation de volume pouvant aller jusqu 300 %.
Pour sadapter la variation de volume du silicium, les chercheurs ont intgr les CNTs pour fabriquer une anode composite avec des CNTs et du fil en silicium. Les nanotubes de carbone temporisent efficacement le changement de volume du silicium et assurent que le silicium ne bouge pas. Sans cette structure hybride, lexpansion du silicium a pour effet de se dcoller et dendommager la batterie.Pour la cathode, les chercheurs ont utilis des CNTs et du manganite de lithium, qui ont des avantages, y compris une grande stabilit, une tension de fonctionnement leve et un faible cot. En enroulant les fils de lanode et la cathode base de CNT, spars par un gel lectrolyte, en une fibre de coton pour fabriquer une batterie Li -ion, puis en tissant les batteries Li-ion dans un textile souple, les chercheurs ont dmontr la faisabilit de la fabrication dune batterie Li-ion fibre de CNTs.
Auparavant, des tentatives ont t faites pour fabriquer des fibres de supercondensateur, mais peu dattention a t accorde aux fibres de batteries Li-ion en raison de leur fabrication difficile. Cependant, les batteries Li -ion prsentent certains avantages, tels que des densits dnergie plus leves et des pertes infrieures lors de lauto- dcharge, comparativement aux supercondensateurs, de sorte quelles reprsentent la meilleure option pour llectronique portable en gnral. Comme lexplique Wei Weng, les travaux en cours amliorent les recherches prcdentes dans ce domaine, mais il a encore une marge damlioration.