Flexibla smartphones, "intelligenta" armband, glasögon med en inbyggd dator:för att dessa trender ska ta fart, vi behöver lämpliga kraftsystem. Kinesiska forskare har nu utvecklat ett trådformat litiumjonbatteri som innehåller elektroder som består av två kompositgarn gjorda av kolnanorör och litiumtitanoxid eller litiummanganoxid. Som forskarna rapporterar i tidskriften Angewandte Chemie , de kunde väva sina batterier till ljus, flexibel, elastisk, och säkra textilbatterier med hög energitäthet.
Tidigare metoder för att tillverka trådformade elektrokemiska superkondensatorer genom att vrida ihop två fiberelektroder resulterade i system med sämre prestanda som hindrade dem från att släppas ut på marknaden. Litiumjonbatterier kan uppnå betydligt högre energitäthet, men har inte tidigare tillverkats i trådform. Förutom andra hinder, säkerhetsproblemen i samband med litiumjonbatterier spelar verkligen in. Källan till säkerhetsproblemet är dendritiskt litium, som kan bildas vid överladdning, "växer" ur anoden och orsakar kortslutning. Detta kan göra att batteriet antänds. Detta verkar särskilt viktigt för trådformade batterier som kan sträckas, vriden, och böjd under användning.
Ett team under ledning av Huisheng Peng från Fudan University i Shanghai har nu lyckats tillverka trådformade litiumjonbatterier som har hög energitäthet och som dessutom är säkra. Deras framgångar beror på den speciella strukturen och materialen som används. Anoden och katoden är två fibrer gjorda av parallella flerväggiga kolnanorör som innehåller antingen litiumtitanoxid (LTO) eller litiummanganoxid (LMO) partiklar, respektive. När batteriet laddas, litiumjoner överförs från LMO-gittret till elektrolyten och sedan in i anodens LTO-gitter. Den omvända processen sker när batteriet laddas ur. Eftersom Li-insättningen sker vid ~1,5 V (mot Li/Li+) för den applicerade LTO-kompositelektroden, risken för kortslutning orsakad av dendritisk litium skulle vara liten och därför är batterierna säkra.
De parallella arrangemangen av kontinuerliga kolnanorör håller nanopartiklarna; de är också effektiva vägar för laddningstransport och fungerar som strömavtagare. De två elektrodtrådarna är anordnade parallellt, åtskilda av ett lager av isolator, och innesluten i ett värmekrympbart rör. För att göra trådarna elastiska, de kan lindas runt en elastisk fiber som polydimetylsiloxan och beläggas med en tunnskiktsgelelektrolyt. Varken upprepad sträckning till två gånger sin ursprungliga längd eller tusentals deformationscykler minskar batterikapaciteten.
De trådformade batterierna kan spinnas till långa fibrer och vävas till ett tyg som kan infogas i textilier.
