Des batteries à base de fibres en nanotubes de carbones, inspirées par les Google Glass et la iWatch d’Apple

Si les récentes Google Glass et la toute prochaine iWatch d’Apple sont une indication, l’électronique portable pourrait être la prochaine grande vague de l’avenir. Bien qu’elles offrent des fonctionnalités de haute volée, comme des afficheurs à tête haute ou de la surveillance biomédicale, sans doute le plus grand obstacle pour les technologies portables est la batterie. Non seulement les batteries doivent être très petites et légères, mais elles doivent aussi être suffisamment puissantes pour répondre aux besoins énergétiques des nombreuses fonctionnalités des appareils.

Dans une nouvelle étude publiée dans Nano Letters, les chercheurs de l’Université de Fudan à Shanghai, en Chine, ont abordé le problème de l’énergie en concevant et fabriquant des fils composites en nanofibres de carbones (CNT) qui sont enroulés sur une fibre de coton pour créer une batterie Li -ion de haute performance. Les fibres, qui ont un diamètre d’environ 1 mm, peuvent ensuite être tissées en un textile souple, sur un vêtement, et facilement incorporés dans des appareils électroniques portable flexibles.

« Une source d’énergie qui peut être directement et parfaitement intégrée avec les appareils électroniques portables est hautement nécessaire », a déclaré Wei Weng de l’Université de Fudan.  » Par conséquent, une source d’alimentation en forme de fibres est souhaitable car elle est flexible et facilement tissée dans un textile. Nous avons fabriqué pour la première fois, une batterie Li -ion toute en fibre à base de fibres en nanotubes de carbone, et la batterie en fibres peut être facilement tissée dans un textile pour disposer d’énergie avec une haute performance ».

Même si c’est la première réalisation de cette batterie Li -ion à fibres CNT, elle présente de très bonnes propriétés électrochimiques, y compris une haute densité d’énergie (0,75 MWh/cm) et la capacité de conserver 87 % de sa capacité après 100 cycles.Un des plus grands défis dans la conception de fibres pour batterie Li -ion a été de faire face au problème connu de l’expansion de silicium. Au cours des réactions chimiques qui se produisent pendant le processus de charge/décharge, le silicium est soumis à une grande variation de volume pouvant aller jusqu’à 300 %.

Pour s’adapter à la variation de volume du silicium, les chercheurs ont intégré 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, l’expansion du silicium a pour effet de se décoller et d’endommager la batterie.Pour la cathode, les chercheurs ont utilisé des CNTs et du manganite de lithium, qui ont des avantages, y compris une grande stabilité, une tension de fonctionnement élevée et un faible coût. En enroulant les fils de l’anode et la cathode à base de CNT, séparés par un gel électrolyte, 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 démontré la faisabilité de la fabrication d’une batterie Li-ion à fibre de CNTs.

Auparavant, des tentatives ont été faites pour fabriquer des fibres de supercondensateur, mais peu d’attention a été accordée aux fibres de batteries Li-ion en raison de leur fabrication difficile. Cependant, les batteries Li -ion présentent certains avantages, tels que des densités d’énergie plus élevées et des pertes inférieures lors de l’auto- décharge, comparativement aux supercondensateurs, de sorte qu’elles représentent la meilleure option pour l’électronique portable en général. Comme l’explique Wei Weng, les travaux en cours améliorent les recherches précédentes dans ce domaine, mais il a encore une marge d’amélioration.

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