Joey Pitchford
Les batteries en fibres sont une technologie émergente qui pourrait un jour être utilisée pour créer des vêtements intelligents avec une large gamme de fonctions, allant de la recharge de dispositifs électroniques à leur utilisation comme contrôleurs portables. Cependant, une nouvelle étude révèle que les scientifiques doivent surmonter deux obstacles majeurs avant que cette technologie ne soit prête pour une utilisation pratique.
Le premier et le plus important est l’encapsulation, qui désigne les matériaux dans lesquels les composants de la batterie sont logés.
L’exposition à l’oxygène et à l’humidité accélère la dégradation des batteries lithium-ion et réduit leur efficacité, de sorte que les boîtiers extérieurs doivent pouvoir empêcher ces éléments de pénétrer. Avec les batteries lithium-ion en fibres spécifiquement, les matériaux doivent également être suffisamment flexibles pour agir comme des fils pouvant être tissés dans les vêtements. Pour évaluer la viabilité des différentes méthodes d’encapsulation, les chercheurs ont mesuré quatre caractéristiques : le taux de transmission de vapeur d’eau (WVTR), la rétention de capacité cyclique, la résistance interne et la durée de vie calendaire. Le WVTR mesure la quantité de vapeur d’eau pouvant traverser une surface, et la rétention de capacité cyclique désigne la capacité d’une batterie à continuer à stocker de l’énergie au cours de multiples cycles de charge et de décharge.
Les chercheurs ont évalué cinq stratégies, allant des méthodes anciennes comme l’enrobage des batteries dans des tubes polymères à des technologies nouvelles prometteuses comme l’encapsulation par métal liquide. Chaque méthode a montré des forces mais a également présenté des lacunes dans un ou plusieurs domaines critiques. Même le métal liquide, qui était à la fois très résistant à l’eau et flexible, s’est révélé si complexe et coûteux qu’il n’est pas encore une option viable.
Mengli Wei, étudiante diplômée au Wilson College of Textiles et auteure principale de l’étude, a affirmé que résoudre ce problème était l’enjeu le plus urgent pour les chercheurs en batteries en fibres. Elle a expliqué que cela pourrait se faire avec l’aide d’experts d’un autre domaine – l’industrie de l’emballage.
« C’est une grande industrie spécialisée dans l’emballage, et ils ont des techniques uniques pour bloquer à la fois l’oxygène et l’eau », a déclaré Wei. « Si nous pouvons exploiter leur expertise, cela pourrait nous aider à réaliser des progrès significatifs sur cette technologie. »
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Le second problème examiné par les chercheurs était la modélisation mathématique, que les scientifiques utilisent pour prédire les performances des batteries-fils en fonction d’un ensemble de paramètres différents. Plus précisément, les modèles pourraient aider les chercheurs à mieux prédire la relation entre la chimie de la batterie et la longueur efficace maximale des batteries-fils.
Des études antérieures ont montré qu’à mesure que la longueur du fil augmente, la puissance de la batterie augmente également, mais ces gains d’efficacité et de puissance finissent par diminuer. Wei Gao, professeur associé au Wilson College of Textiles et auteur correspondant de l’étude, a souligné que les modèles existants peinent à prédire avec précision ces résultats, même lorsque les mécanismes sous-jacents des batteries sont compris.
« L’effet de longueur est déterminé par la physique inhérente à la configuration de la batterie en fibre, ce que nous avons appris à partir de données expérimentales », a expliqué Gao. « Le problème est que les modèles ne sont pas suffisamment précis pour prédire les effets des différentes variables du dispositif. Si le modèle est précis, nous pouvons insérer différents paramètres de l’appareil, et il peut prédire la longueur optimale de la batterie. De cette façon, nous serions en mesure de fournir de meilleures directives lors de la fabrication de batteries en fibres pour des applications pratiques, telles que leur intégration dans les tissus et les vêtements. »
Une assistance de la part d’experts en électrochimie pourrait être précieuse pour affiner ces modèles, a ajouté Gao.
Article : Toward Real-Life Applications of Fiber Lithium-Ion Batteries – Journal : Small – Méthode : Meta-analysis – DOI : Lien vers l’étude
Source : NCSU
