p (Phys.org) —Se o recém-lançado Google Glass e o Apple iWatch logo disponível são alguma indicação, eletrônicos vestíveis podem ser a próxima grande onda do futuro. Embora eles ofereçam alguns recursos de ponta, de monitores de tela ao monitoramento biomédico, indiscutivelmente, o maior gargalo para tecnologias vestíveis é a bateria. As baterias não devem ser apenas muito pequenas e leves, mas também precisam ser potentes o suficiente para atender às necessidades de energia dos diversos recursos dos dispositivos. p Em um novo estudo publicado em Nano Letras , pesquisadores Wei Weng, et al., na Universidade Fudan em Xangai, China, resolveram o problema de energia projetando e fabricando fios compostos de nanotubos de carbono (CNT) que são enrolados em uma fibra de algodão para criar uma bateria de íon-lítio de alto desempenho. As fibras, que têm um diâmetro de cerca de 1 mm, pode então ser tecido em um tecido flexível, ou pano, e facilmente incorporado em eletrônicos portáteis flexíveis.

p "Uma fonte de energia que possa ser integrada direta e perfeitamente com os componentes eletrônicos vestíveis é altamente necessária, "Weng disse Phys.org . "Portanto, uma fonte de energia em forma de fibra é desejada porque é flexível e facilmente entrelaçada em um têxtil. Nós fabricamos uma bateria de íon-lítio cheia de fibra baseada em fibras de nanotubo de carbono pela primeira vez, e a bateria de fibra pode ser facilmente tecida em um tecido energético com alto desempenho. "

p Mesmo que esta seja a primeira realização desta bateria de íon-lítio de fibra CNT, exibe propriedades eletroquímicas muito boas, incluindo uma alta densidade de energia (0,75 mWh / cm) e a capacidade de reter 87% de sua capacidade após 100 ciclos.

p Um dos maiores desafios no projeto de fibras de bateria de íon-lítio é lidar com o problema de expansão do silício amplamente conhecido. Durante as reações químicas que ocorrem durante o processo de carga / descarga, o silício sofre uma grande mudança de volume de até 300%. Para acomodar a mudança de volume de silício, os pesquisadores incorporaram CNTs para fazer um ânodo de fio de silício / CNT composto. Os CNTs amortecem efetivamente a mudança de volume do silício e prendem o silício no lugar. Sem esta estrutura híbrida, a expansão do silício faz com que ele se descasque, danificar a bateria.

p Para o cátodo, os pesquisadores usaram CNTs e manganita de lítio, que tem benefícios, incluindo alta estabilidade, alta tensão de trabalho, e baixo custo. Ao enrolar os fios de ânodo e cátodo à base de CNT - separados por um eletrólito de gel - em uma fibra de algodão para fazer uma bateria de íon-lítio, e, em seguida, tecendo as baterias de íon-lítio em um tecido flexível, os pesquisadores demonstraram a viabilidade de fabricar uma bateria de íon-lítio de fibra de CNT.

p Anteriormente, tentativas foram feitas para fabricar fibras de supercapacitor, mas não foi dada muita atenção às fibras da bateria de íon-lítio devido à sua difícil fabricação. Contudo, As baterias de íon-lítio têm certas vantagens, tais como densidades de energia mais altas e perdas de autodescarga mais baixas, em comparação com supercondensadores, portanto, eles fornecem a melhor opção para eletrônicos vestíveis em geral. Como Weng explica, o trabalho atual melhora as pesquisas anteriores nesta área, mas ainda há espaço para melhorias.

p "Uma bateria de íon-lítio com formato semelhante (tipo cabo) foi relatada em 2012 usando fio de cobre como esqueleto, "disse ele." O resultado é maravilhoso, mas talvez não seja adequado para ser tecido em um tecido energético. A bateria tem um diâmetro grande, usa eletrólito líquido e é pesado. Aqui, usamos fibra de nanotubo de carbono como esqueleto cuja densidade é quase 1/9 do cobre, e usamos eletrólito em gel para garantir a segurança. Além disso, o ânodo e o cátodo do fio composto feito de fibra de nanotubo de carbono e materiais ativos apresentam um diâmetro pequeno de 100 µm, que é apenas 1/10 do ânodo na bateria do cabo. Portanto, nossa bateria de fibra é compatível com fibras de polímero que são usadas para fazer roupas e também alcançou um alto desempenho. "

p No futuro, os pesquisadores planejam melhorar ainda mais as baterias de fibra em uma variedade de áreas.

p "Em primeiro lugar, queremos melhorar o desempenho, como capacidade e ciclo de vida, "Weng disse." Em segundo lugar, queremos uma produção em grande escala. Em terceiro lugar, outras funções serão combinadas, por exemplo., extensível, alocróico [mudança de cor], e com alimentação própria. " p © 2014 Phys.org