Гибкие смартфоны, «интеллектуальные браслеты», очки со встроенным компьютером – для того, чтобы наступила эра этих устройств, необходима разработка соответствующих питания. Китайские исследователи разработали литий-ионный аккумулятор в форме свитой нити, который содержит электроды, состоящие из двух композитных нитей, изготовленных из углеродных нанотрубок и оксида лития-титана или оксида лития-марганца. Как сообщается, такие нити можно применить для изготовления гибких, легких, эластичных и безопасных текстильных источников питания с высокой плотностью энергии.

Прежние методы для получения волокнообразных электрохимических суперконденсаторов с помощью свивания двух волоконных электродов позволяли получать лишь системы с низкой производительностью, которые нельзя было использовать для подпитки существующих на рынке электронных устройств.

Между тем, литий-ионные аккумуляторы, обладающие высокой плотностью энергии, но попыток получения таких источников питания в форме волокна до настоящего времени не предпринималось.

Одной из проблем, которые связаны с изготовлением литий-ионных аккумуляторов, также являются проблемы безопасности – при их перегрузке на аноде может образовываться дендримерный литий, который может приводить к короткому замыканию и воспламенению. Это обстоятельство особо критично для систем, которые предполагается использовать в тканях, которые часто растягиваются и сгибаются.

Исследователи из группы Хуйшена Пена (Huisheng Peng) из Университета Фудан (Шанхай) смогли получить волокнистые литий-ионные аккумуляторы, обладающие высокой энергетической плотностью и при этом безопасностью.

Ключом к успеху исследователей была особая структура электродов, а также материалы, использованные при их получении. Анод и катод новых элементов питания изготовлены из параллельно ориентированных многостенных углеродных нанотрубок, одна из которых состоит из оксида лития-титана (LTO) или оксида лития-марганца (LMO).

При зарядке аккумулятора ионы лития перемещаются от решетки LMO в электролит, после чего размещаются в решетке LTO анода. При разрядке происходит обратный процесс. Поскольку внедрение лития в решетку LTO происходит при потенциале около 1.5 В меньшем, чем потенциал перехода Li+/Li, шанс образования дендримерного лития и, таким образом, короткого замыкания и воспламенения, минимален, поэтому такие аккумуляторы можно считать безопасными.