Flexibele smartphones, "intelligente" armbanden, bril met ingebouwde computer:om deze trends een vlucht te laten nemen, we hebben geschikte energiesystemen nodig. Chinese wetenschappers hebben nu een draadvormige lithium-ionbatterij ontwikkeld die elektroden bevat die bestaan ​​uit twee composietgarens gemaakt van koolstofnanobuisjes en lithiumtitaanoxide of lithiummangaanoxide. Zoals de onderzoekers rapporteren in het tijdschrift Angewandte Chemie , ze waren in staat om hun batterijen in licht te weven, flexibel, elastisch, en veilige textielbatterijen met een hoge energiedichtheid.

Eerdere methoden voor het produceren van draadvormige elektrochemische supercondensatoren door twee vezelelektroden in elkaar te draaien, resulteerden in systemen met inferieure prestaties waardoor ze niet op de markt konden worden gebracht. Lithium-ionbatterijen kunnen een aanzienlijk hogere energiedichtheid bereiken, maar zijn nog niet eerder in draadvorm geproduceerd. Naast andere belemmeringen, de veiligheidsproblemen in verband met lithium-ionbatterijen spelen echt een rol. De bron van het veiligheidsprobleem is dendritisch lithium, die zich kunnen vormen tijdens overladen, uit de anode "groeien" en kortsluiting veroorzaken. Hierdoor kan de batterij ontbranden. Dit lijkt vooral van cruciaal belang voor draadvormige batterijen die kunnen worden uitgerekt, verdraaid, en gebogen tijdens gebruik.

Een team onder leiding van Huisheng Peng van de Fudan University in Shanghai is er nu in geslaagd om draadvormige lithium-ionbatterijen te produceren die een hoge energiedichtheid hebben en bovendien veilig zijn. Hun succes komt voort uit de speciale structuur en de gebruikte materialen. De anode en kathode zijn twee vezels gemaakt van parallelle meerwandige koolstofnanobuizen die lithiumtitaanoxide (LTO) of lithiummangaanoxide (LMO) deeltjes bevatten, respectievelijk. Wanneer de batterij wordt opgeladen, lithiumionen worden overgebracht van het LMO-rooster naar de elektrolyt en vervolgens naar het LTO-rooster van de anode. Het omgekeerde proces vindt plaats als de batterij wordt ontladen. Omdat de Li-insertie plaatsvindt bij ~1,5 V (vs. Li/Li+) voor de toegepaste LTO-composietelektrode, de kans op kortsluiting veroorzaakt door dendritisch lithium zou klein zijn en daarom zijn de batterijen veilig.

De parallelle opstellingen van continue koolstofnanobuisjes houden de nanodeeltjes vast; het zijn ook efficiënte wegen voor ladingstransport en dienen als stroomafnemers. De twee elektrodegarens zijn parallel gerangschikt, gescheiden door een laag isolator, en ingesloten in een krimpkous. Om de draden elastisch te maken, ze kunnen worden gewikkeld rond een elastische vezel zoals polydimethylsiloxaan en gecoat met een dunne laag gelelektrolyt. Noch herhaaldelijk uitrekken tot tweemaal de oorspronkelijke lengte, noch duizenden vervormingscycli verminderen de batterijcapaciteit.

De draadvormige batterijen kunnen worden gesponnen tot lange vezels en geweven tot een stof die in textiel kan worden verwerkt.