(Phys.org):si el Google Glass recientemente lanzado y el iWatch de Apple, que pronto estará disponible, son una indicación, La electrónica portátil puede ser la próxima gran ola del futuro. Aunque ofrecen algunas funciones de vanguardia, desde pantallas de visualización hasta monitorización biomédica, Podría decirse que el mayor cuello de botella para las tecnologías portátiles es la batería. Las baterías no solo deben ser muy pequeñas y livianas, pero también deben ser lo suficientemente potentes para satisfacer las necesidades energéticas de las numerosas funciones de los dispositivos.

En un nuevo estudio publicado en Nano letras , investigadores Wei Weng, et al., en la Universidad de Fudan en Shanghai, Porcelana, han abordado el problema de la energía diseñando y fabricando hilos compuestos de nanotubos de carbono (CNT) que se enrollan en una fibra de algodón para crear una batería de iones de litio de alto rendimiento. Las fibras, que tienen un diámetro de aproximadamente 1 mm, luego se puede tejer en un tejido flexible, o tela, y se incorpora fácilmente a dispositivos electrónicos portátiles flexibles.

"Es muy necesaria una fuente de alimentación que pueda integrarse directa y sin problemas con los dispositivos electrónicos portátiles, "Dijo Weng Phys.org . "Por lo tanto, se desea una fuente de energía en forma de fibra porque es flexible y se teje fácilmente en un tejido. Fabricamos una batería de iones de litio completa de fibra basada en fibras de nanotubos de carbono por primera vez, y la batería de fibra se puede tejer fácilmente en un tejido energético con un alto rendimiento ".

Aunque esta es la primera realización de esta batería de iones de litio de fibra CNT, presenta muy buenas propiedades electroquímicas, incluyendo una alta densidad de energía (0,75 mWh / cm) y la capacidad de retener el 87% de su capacidad después de 100 ciclos.

Uno de los mayores desafíos en el diseño de fibras de baterías de iones de litio es lidiar con el conocido problema de expansión del silicio. Durante las reacciones químicas que ocurren durante el proceso de carga / descarga, el silicio sufre un gran cambio de volumen de hasta un 300%. Para adaptarse al cambio de volumen de silicio, los investigadores incorporaron CNT para hacer un ánodo compuesto de CNT / hilo de silicio. Los CNT amortiguan eficazmente el cambio de volumen del silicio y sujetan el silicio en su lugar. Sin esta estructura híbrida, la expansión del silicio hace que se despegue, Dañando la batería.

Para el cátodo, los investigadores utilizaron CNT y manganita de litio, que tiene beneficios que incluyen una alta estabilidad, alto voltaje de trabajo, y bajo costo. Al enrollar los hilos del ánodo y del cátodo a base de CNT, separados por un electrolito de gel, en una fibra de algodón para hacer una batería de iones de litio, y luego tejiendo las baterías de iones de litio en un tejido flexible, los investigadores demostraron la viabilidad de fabricar una batería de iones de litio de fibra CNT.

Previamente, se han hecho intentos para fabricar fibras de supercondensador, pero no se ha prestado mucha atención a las fibras de las baterías de iones de litio debido a su difícil fabricación. Sin embargo, Las baterías de iones de litio tienen ciertas ventajas, tales como densidades de energía más altas y pérdidas de autodescarga más bajas, en comparación con los supercondensadores, por lo que brindan la mejor opción para dispositivos electrónicos portátiles en general. Como explica Weng, el trabajo actual mejora la investigación previa en esta área, pero aún tiene margen de mejora.

"En 2012 se informó de una batería de iones de litio con una forma similar (tipo cable) que usaba alambre de cobre como esqueleto, ", dijo." El resultado es maravilloso, pero tal vez no sea adecuado para ser tejido en un tejido energético. La batería tiene un gran diámetro, usa electrolito líquido y es pesado. Aquí, utilizamos fibra de nanotubos de carbono como esqueleto cuya densidad es casi 1/9 del cobre, y utilizamos electrolito en gel para garantizar la seguridad. Además, el ánodo y el cátodo de hilo compuesto hechos de fibra de nanotubos de carbono y materiales activos presentan un diámetro pequeño de 100 µm que es solo 1/10 del ánodo en la batería del cable. Por lo tanto, nuestra batería de fibra es compatible con fibras poliméricas que se utilizan para confeccionar ropa y además logran un alto rendimiento ".

En el futuro, los investigadores planean mejorar aún más las baterías de fibra en una variedad de áreas.

"Primeramente, queremos mejorar el rendimiento, como la capacidad y el ciclo de vida, "Dijo Weng." En segundo lugar, queremos una producción a gran escala. En tercer lugar, se combinarán otras funciones, p.ej., estirable alocroico [que cambia de color], y autoalimentado ".

© 2014 Phys.org