Smartphone flessibili, bracciali "intelligenti", occhiali con computer integrato:per far decollare queste tendenze, abbiamo bisogno di sistemi di alimentazione adeguati. Gli scienziati cinesi hanno ora sviluppato una batteria agli ioni di litio a forma di filo che contiene elettrodi costituiti da due filati compositi fatti di nanotubi di carbonio e ossido di litio titanio o ossido di litio manganese. Come riportano i ricercatori sulla rivista Angewandte Chemie , sono stati in grado di tessere le loro batterie nella luce, flessibile, elastico, e batterie tessili sicure ad alta densità di energia.
I metodi precedenti per la produzione di supercondensatori elettrochimici a forma di filo intrecciando due elettrodi in fibra hanno portato a sistemi con prestazioni inferiori che hanno impedito loro di essere immessi sul mercato. Le batterie agli ioni di litio possono raggiungere densità di energia significativamente più elevate, ma non sono stati precedentemente prodotti in forma di filo. Oltre ad altri ostacoli, i problemi di sicurezza associati alle batterie agli ioni di litio entrano davvero in gioco. La fonte del problema di sicurezza è il litio dendritico, che può formarsi durante il sovraccarico, "cresce" dall'anodo e provoca un cortocircuito. Ciò può causare l'accensione della batteria. Questo sembra particolarmente critico per le batterie a forma di filo che possono essere allungate, contorto, e piegato durante l'uso.
Un team guidato da Huisheng Peng della Fudan University di Shanghai è ora riuscito a produrre batterie agli ioni di litio a forma di filo che hanno un'alta densità di energia e sono anche sicure. Il loro successo deriva dalla struttura speciale e dai materiali utilizzati. L'anodo e il catodo sono due fibre costituite da nanotubi di carbonio a parete multipla paralleli che contengono particelle di ossido di litio e titanio (LTO) o di ossido di litio manganese (LMO), rispettivamente. Quando la batteria è in carica, gli ioni di litio vengono trasferiti dal reticolo LMO all'elettrolita e quindi nel reticolo LTO dell'anodo. Il processo inverso si verifica quando la batteria viene scaricata. Poiché l'inserimento di Li avviene a ~1,5 V (rispetto a Li/Li+) per l'elettrodo composito LTO applicato, la possibilità di cortocircuito causato dal litio dendritico sarebbe piccola e quindi le batterie sono sicure.
Le disposizioni parallele dei nanotubi di carbonio continui trattengono le nanoparticelle; sono anche percorsi efficienti per il trasporto di carica e fungono da collettori di corrente. I due fili elettrodici sono disposti in parallelo, separato da uno strato di isolante, e racchiuso in un tubo termoretraibile. Per rendere elastici i fili, possono essere avvolti attorno a una fibra elastica come il polidimetilsilossano e rivestiti con un elettrolita gel a strato sottile. Né l'allungamento ripetuto fino al doppio della sua lunghezza originale né migliaia di cicli di deformazione riducono la capacità della batteria.
Le batterie a forma di filo possono essere filate in fibre lunghe e tessute in un tessuto che può essere incorporato nei tessuti.
