Fil

Les chercheurs ont façonné une batterie zinc-ion rechargeable en un fil élastique qui produit de l'énergie lorsqu'il est plié, étiré, lavé à l'eau et même coupé.

La batterie de fils de zinc pourrait être tissée dans des vêtements intelligents lavables chargés de capteurs et intégrée dans des textiles commerciaux pour alimenter des écrans portables, des appareils électroniques et des implants médicaux.

Le fil rejoint une gamme de dispositifs flexibles innovants de génération et de stockage d'énergie qui peuvent être intégrés dans des tissus électriques. La liste comprend des rubans de cellules solaires qui peuvent être tissés dans des tissus, des supercondensateurs tricotables et des fils générateurs d'énergie qui récupèrent l'énergie mécanique ou l'effet triboélectrique pour générer de l'énergie.

Certains chercheurs ont essayé de créer des versions flexibles de la pile alcaline zinc-manganèse à toute épreuve en raison de sa capacité élevée, de son faible coût et de sa sécurité. Mais ces versions flexibles ont eu de faibles capacités. De plus, ces batteries primaires ne peuvent pas être rechargées. Mais les chercheurs ont récemment mis au point des batteries zinc-ion rechargeables hautes performances.

Schéma de principe de fabrication et d'encapsulation du fil ZIBIllustration : American Chemical Society

Chunyi Zhi de la City University de Hong Kong et ses collègues ont fabriqué leur pile de zinc rechargeable en forme de fil en tordant des fibres de nanotubes de carbone en fil. Ils enduisent un morceau de fil de zinc pour faire une anode et un autre de dioxyde de manganèse pour servir de cathode. Ensuite, ils enroulent les deux morceaux de fil sur une fibre élastique, l'imbibent d'un gel absorbant l'eau couramment utilisé et enveloppent le dispositif de silicone élastique et d'un hydrofuge.

La batterie à fil, détaillée dans ACS Nano, a une densité d'énergie de 53,8 milliwattheures par centimètre cube, soit environ trois fois plus que les batteries lithium-ion à couche mince commerciales. Il conserve plus de 98 % de sa capacité après 500 cycles de recharge.

« Par rapport aux batteries lithium-ion traditionnelles, qui souffrent de problèmes de sécurité intrinsèque et de coûts, cette batterie à fil peut bien fonctionner dans diverses conditions sévères », a déclaré Zhi. Il conserve 95 % de sa capacité d'origine lorsqu'il est plié, noué, tordu et étiré jusqu'à trois fois sa longueur. Et il a conservé plus de 96 % de sa capacité d'origine après avoir été trempé dans l'eau pendant 12 heures.

Comme preuve supplémentaire de la force et de la fraîcheur du fil, l'équipe a fabriqué un fil d'un mètre de long, l'a coupé en huit morceaux et a montré que chaque morceau pouvait alimenter une montre. Ensuite, ils ont tissé les pièces dans un textile de batterie, qui pourrait alimenter des moniteurs d'impulsions, une bande de 100 LED et un panneau électroluminescent flexible de 10 cm x 10 cm.

Les chercheurs essaient maintenant d'intégrer les batteries de fils avec des tissus commerciaux et de développer une méthode de fabrication à grande échelle pour les batteries, explique Zhi. "Nous avons également un plan pour développer d'autres types de batteries à fil avec plus de fonctions telles que la capacité d'auto-guérison ou la capacité d'auto-charge lorsqu'elles sont combinées avec un composant de cellule solaire."