Filato

I ricercatori hanno modellato una batteria ricaricabile agli ioni di zinco in un filo elastico che produce energia quando viene piegato, allungato, lavato con acqua e persino tagliato.

La batteria in filo di zinco potrebbe essere tessuta in abiti intelligenti lavabili carichi di sensori e integrata in tessuti commerciali per alimentare display indossabili, dispositivi elettronici e impianti medici.

Il filato si unisce a una gamma di innovativi dispositivi flessibili per la generazione e l’immagazzinamento di energia che possono essere integrati nei tessuti energetici. L’elenco comprende nastri di celle solari che possono essere intrecciati in tessuti, supercondensatori lavorabili a maglia e filati generatori di energia che raccolgono energia meccanica o l’effetto triboelettrico per generare energia.

Alcuni ricercatori hanno provato a realizzare versioni flessibili della batteria alcalina allo zinco-manganese, cavallo di battaglia, per la sua comprovata capacità elevata, basso costo e sicurezza. Ma queste versioni flessibili hanno avuto capacità basse. Inoltre queste batterie primarie non possono essere ricaricate. Ma i ricercatori hanno recentemente messo a punto batterie ricaricabili agli ioni di zinco ad alte prestazioni.

Diagramma schematico della fabbricazione e dell'incapsulamento del filato ZIBIllustrazione: American Chemical Society

Chunyi Zhi della City University di Hong Kong e i suoi colleghi hanno realizzato la loro batteria ricaricabile allo zinco filiforme attorcigliando le fibre di nanotubi di carbonio in un filo. Rivestino un pezzo di filo con zinco per creare un anodo e un altro con biossido di manganese per fungere da catodo. Quindi avvolgono i due pezzi di filato su una fibra elastica, la impregnano con un gel assorbente d'acqua comunemente usato e racchiudono il dispositivo in silicone elastico e un idrorepellente.

La batteria di filato, descritta in ACS Nano, ha una densità di energia di 53,8 milliwattora per centimetro cubo, che è circa tre volte superiore alle batterie commerciali agli ioni di litio a film sottile. Mantiene oltre il 98% della sua capacità dopo 500 cicli di ricarica.

"Rispetto alle tradizionali batterie agli ioni di litio, che soffrono di problemi di sicurezza intrinseca e di costi, questa batteria filata può funzionare bene in varie condizioni severe", afferma Zhi. Mantiene il 95% della sua capacità originale quando piegato, annodato, attorcigliato e allungato fino a tre volte la sua lunghezza. E ha mantenuto oltre il 96% della sua capacità originale dopo essere stato immerso in acqua per 12 ore.

Come ulteriore prova della forza e della freschezza del filato, il team ha realizzato un filo lungo 1 metro, lo ha tagliato in otto pezzi e ha dimostrato che ogni pezzo poteva alimentare un orologio. Quindi hanno intrecciato i pezzi in un tessuto a batteria, che potrebbe alimentare rilevatori di impulsi, una striscia di 100 LED e un pannello elettroluminescente flessibile di 10 cm x 10 cm.

I ricercatori stanno ora cercando di integrare le batterie di filati con tessuti commerciali e di sviluppare un metodo di produzione su larga scala per le batterie, afferma Zhi. "Abbiamo anche un piano per sviluppare altri tipi di batterie di filato con più funzioni come capacità di autoriparazione o capacità di autoricarica se combinate con un componente di cella solare."