Des vêtements qui alimentent nos gadgets : la science rend cela possible

L’intérêt pour les technologies portables a fait bondir la recherche sur la création de dispositifs de stockage d’énergie pouvant être tissés dans les textiles. Des chercheurs ont identifié un « point idéal » où la longueur d’une technologie de stockage d’énergie filaire appelée « supercondensateur en forme de fil » (YSC) produit le flux d’énergie le plus élevé et le plus efficace par unité de longueur.

Les scientifiques de l’Université d’État de Caroline du Nord ont récemment mis en lumière une gamme de longueurs optimales pour les supercondensateurs en forme de fil, ou supercapacitors yarn-shaped (YSC), améliorant ainsi l’efficacité de la transmission d’énergie par unité de longueur. Cette découverte est cruciale pour l’intégration de la technologie dans les vêtements du futur.

Wei Gao, auteur correspondant de l’étude et professeur associé en ingénierie textile, chimie et science, souligne l’importance de l’équilibre entre puissance et énergie dans la conception des YSC. « Il ne s’agit pas seulement de la quantité d’énergie stockée, mais aussi de la résistance interne, un facteur tout aussi essentiel », explique-t-il.

Les recherches ont démontré que les YSC mesurant entre 40 et 60 centimètres offrent la meilleure production d’énergie globale, un paramètre déterminant pour leur future application dans les textiles intelligents.

Une étude approfondie pour un modèle cohérent

Les études antérieures sur les YSC ont souvent présenté des résultats variés concernant l’impact de la longueur sur la production d’énergie. L’objectif de cette nouvelle étude était de fournir un modèle compréhensible et complet pour expliquer les variations de performance des YSC sur une large gamme de longueurs.

Pour y parvenir, l’équipe de recherche a fabriqué plusieurs YSC en utilisant des fils d’électrode incorporant du carbone activé et un électrolyte en gel. Des fils de nylon ont été enroulés autour de chaque fil pour éviter les courts-circuits, puis les deux électrodes ont été torsadées ensemble et enduites d’électrolyte en gel. Les YSC ont été créés dans des segments allant de 10 à 300 cm de long, permettant ainsi de mesurer la résistance interne et la capacité, deux caractéristiques essentielles à l’efficacité énergétique.

Vers une intégration dans le textile

Nanfei He, auteur principal de l’étude et chercheur postdoctoral à l’Université d’État de Caroline du Nord, indique que cette recherche s’inscrit dans un projet plus vaste visant à intégrer les YSC dans les vêtements. « Identifier la longueur optimale des YSC est crucial pour leur utilisation effective et oriente le développement de stratégies pour une intégration transparente dans les tissus », affirme-t-il.

Le financement de l’étude provient de l’Office de Recherche de l’Armée des États-Unis, et Gao envisage que les premières applications des YSC seront principalement à usage militaire.

En synthèse

Malgré les progrès significatifs, la technologie des YSC nécessite encore des développements avant de devenir viable pour des applications pratiques. La durabilité, la fiabilité et la sécurité sont des défis majeurs à relever pour que ces batteries textiles puissent un jour s’intégrer harmonieusement à notre garde-robe. La recherche actuelle se concentre sur la fiabilité et la sécurité, des étapes indispensables avant d’envisager une commercialisation.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce qu’un supercondensateur en forme de fil (YSC) ?

Un YSC est un dispositif de stockage d’énergie qui peut être tissé dans des textiles, offrant ainsi une source d’énergie portable et intégrée.

Pourquoi la longueur des YSC est-elle importante ?

La longueur influence directement la capacité et la résistance interne du supercondensateur, déterminant ainsi son efficacité énergétique.

Quelle est la longueur optimale identifiée pour les YSC ?

Les chercheurs ont identifié que les YSC entre 40 et 60 centimètres offrent la meilleure efficacité énergétique.

Quels sont les défis à surmonter pour intégrer les YSC dans les vêtements ?

Il est nécessaire de rendre les YSC durables, fiables, sûrs et lavables avant de pouvoir les intégrer de manière fonctionnelle dans les textiles.

Quelles pourraient être les premières applications des YSC ?

Les applications militaires sont envisagées comme premiers débouchés pour cette technologie, en raison de leur besoin en dispositifs portables et discrets.

Références

Légende illustration : Supercondensateurs en forme de fil créés par des chercheurs du Wilson College of Textiles de NC State. Avec l’aimable autorisation de Nanfei He, NC State University.

« Modélisation des supercondensateurs en forme de fil – démêler son rendement dépendant de la longueur » – Nanfei He et Wei Gao, NC State University, Xi Zhang, Yancheng Institute of Technology, et Junhua Song et Feng Zhao, Storagenergy Technologies, Inc. – Journal of Power Sources – DOI: 10.1016/j.jpowsour.2024.234067