Prototype de tissu extensible

La plupart des gens connaissent et apprécient déjà les capacités des téléphones intelligents et imaginent désormais les possibilités offertes par les combinaisons spatiales, les uniformes et les vêtements de sport intelligents. L'avenir de la technologie portable vient de connaître un grand élan grâce à une équipe de chercheurs de l'Université de Houston (UH) quiconçu, développé et livréun prototype réussi d'une batterie lithium-ion à base de tissu entièrement extensible.

L'idée de cette évolution de pointe de la batterie lithium-ion est venue de l'esprit de Haleh Ardebili, professeur de génie mécanique Bill D. Cook à l'UH. « En tant que grande fan de science-fiction, je pourrais imaginer un « avenir de science-fiction » où nos vêtements seraient intelligents, interactifs et alimentés », a-t-elle déclaré. « Il semblait naturel de créer et d'intégrer des batteries extensibles à des appareils et des vêtements extensibles. Imaginez plier, plier ou étirer votre ordinateur portable ou votre téléphone dans votre poche. Ou en utilisant des capteurs interactifs intégrés dans nos vêtements qui surveillent notre santé.

Certaines de ces idées sont déjà en train de devenir réalité. Cependant, comme tous les appareils électroniques, ils ont besoin d'énergie, et c'est là qu'interviennent les batteries extensibles et flexibles. Un goulot d'étranglement majeur dans le développement de la prochaine génération d'électronique ou de technologie portable intégrée dans les tissus est que les batteries conventionnelles sont généralement rigides, ce qui limite la fonctionnalité. des articles, et ils utilisent un électrolyte liquide, ce qui soulève des problèmes de sécurité. Les électrolytes liquides organiques traditionnels sont inflammables et peuvent entraîner un incendie ou même une explosion des batteries dans certaines conditions.

La clé de la percée de l’équipe de recherche de l’UH réside dans l’utilisation par les chercheurs d’un tissu conducteur en argent comme plate-forme et collecteur de courant.

« Le tissu argenté tissé était idéal pour cela car il se déforme ou s’étire mécaniquement tout en fournissant les voies de conduction électrique nécessaires au bon fonctionnement de l’électrode de la batterie. L'électrode de la batterie doit permettre le mouvement des électrons et des ions », a déclaré Ardebili, qui est l'auteur correspondant d'un article détaillant cette recherche dans Extreme Mechanics Letters. Le premier auteur de l'article est Bahar Moradi Ghadi, une ancienne doctorante qui a basé sa thèse sur cette recherche.

En transformant les électrodes rigides des batteries lithium-ion en électrodes portables, à base de tissu, flexibles et extensibles, cette technologie ouvre des possibilités passionnantes en offrant des performances stables et des propriétés plus sûres pour les dispositifs portables et les biocapteurs implantables.

L'idée des batteries extensibles est venue à Ardebili il y a plusieurs années.

«Je souhaitais comprendre la science fondamentale et les mécanismes liés à l'étirement d'une cellule électrochimique et de ses composants», a-t-elle déclaré. « Il s’agissait d’un domaine inexploré en science et en ingénierie et d’un formidable domaine d’investigation. »

La science du couplage des effets de déformation mécanique et des performances électrochimiques est un domaine important et les batteries extensibles constituent un excellent véhicule pour explorer les mécanismes fondamentaux.

Ardebili a développé ses idées en propositions de subventions et a remporté plusieurs prix clés pour soutenir son travail, notamment un prix CAREER de la National Science Foundation de cinq ans en 2013, un prix de nouveau chercheur du NASA Texas Space Center Grant Consortium en 2014 et un prix du Laboratoire de recherche de l'armée américaine (ARL) en 2017.

"Bien que nous ayons créé un prototype, nous travaillons toujours à l'optimisation de la conception, des matériaux et de la fabrication de la batterie", a déclaré Ardebili.

Ardebili est optimiste quant au fait que le prototype d'une batterie extensible à base de tissu ouvrira la voie à de nombreux types d'applications telles que les combinaisons spatiales intelligentes, l'électronique grand public intégrée dans les vêtements qui surveillent la santé des personnes et les appareils qui interagissent avec les humains à différents niveaux. Il existe de nombreuses conceptions et applications possibles pour des batteries sûres, légères, flexibles et extensibles, mais il reste encore du travail à faire avant qu'elles soient disponibles sur le marché.