В поисках путей оптимального обеспечения электроэнергией все более многочисленных представителей семейства носимых электронных устройств, исследователи из шанхайского университета Фудань изобрели композитную пряжу из углеродных нанотрубок (CNT) и кремния.

Как рассказывается в статье, вышедшей в журнале Nano Letters, одной из главных трудностей при конструировании литий-ионных волокон была широкоизвестная проблема расширения кремния. Химические реакции, протекающие в процессе зарядки-разрядки, вызывают увеличение объема кремния вплоть до 300%. В композите, углеродные нанотрубки служат амортизатором таких изменений и удерживают кремний от структурного разрушения.

В качестве катода ученые использовали нанотрубки с жидким манганитом лития – комбинация, обеспечивающая высокую стабильность, большое рабочее напряжение и низкую себестоимость.

Наматывая на хлопковое волокно попеременно анодную и катодную композитные нити, разделенные гелевым электролитом, авторы получали нитевидные литий-ионные батареи высокой эффективности. Небольшой диаметр (около 1 мм) и гибкость таких батарей позволяют внедрять их в ткани или текстиль, естественно интегрируя источник питания с носимой электроникой.

Даже самые первые полученные образцы литий-ионых CNT-нитей в испытаниях продемонстрировали весьма неплохие рабочие характеристики, включая высокую энергоемкость (0,75 мВт•ч/см) и сохранение 87% емкости после 100 циклов перезарядки.

Прежние работы в этом направлении ограничивались, главным образом, созданием тканых суперконденсаторов. Литий-ионным батареям не уделялось должного внимания из-за сложности процесса их изготовления. Между тем, более высокая емкость и меньшие потери при саморазрядке, в целом, делают батареи более подходящим выбором для носимых приложений, чем суперконденсаторы.

В дальнейшем, волоконные CNT-батареи планируется значительно усовершенствовать. В первую очередь будут улучшены емкость и циклическая стабильность, во вторую, созданы предпосылки для крупномасштабного производства, и в третью, добавлены возможности растяжения нитей, изменения цвета и самоподзарядки.

Питание для носимых гаджетов обеспечат волоконные батареи