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Une couche de tissu normal (Fabric Separator) entre deux tissus imbibés de nanotubes de carbone (SWNT/Fabric) devient une batterie. Elle conserve ses propriétés lorsqu'elle est étirée. © Yi Cui et al.
L'électronique souple au point d'être incluse dans des vêtements semble avoir le ventvent en poupe. Les anglophones parlent de wearable electronic, mais, traduite en français, l'expression devient électronique portable, ce qui pourrait prêter à confusion. Il s'agit bien, ici de porter un circuit électronique comme on porteporte une chemise. Au laboratoire, plusieurs réalisations ont déjà vu le jour, notamment des batteries souples.
Aux Etats-Unis, à l'Université de Stanford, Yi Cui s'en est fait une spécialité. En décembre 2009, son équipe présentait une batterie en papier, ultraplate, réalisée grâce à une sorte d'encre conductrice, contenant des nanotubes de carbonenanotubes de carbone et des nanofils d'argentargent. Dans ce papier, cette encre se dépose sur les fibres de cellulosecellulose.
L'équipe vient de montrer que ce même principe peut s'appliquer à des fibres de coton, voire de polyester, bref à un vêtement. « Ces fibres textiles ont une structure hiérarchisée avec une surface à la morphologiemorphologie complexe, des groupes fonctionnels, hydroxyles notamment, et une grande porositéporosité » expliquent les chercheurs dans un article publié dans la revue Nanoletters. Les fibres de coton, par exemple, sont constituées d'une multitude de fibrillesfibrilles, elles-mêmes composées de microfibrilles, formées par des chaînes de cellulose.
Le schéma de la figure a montre la constitution de fibres de tissu (Woven Fabric Fibers), formées par trois niveaux de structures enchevêtrées : les fibrilles de coton (Individual Cotton Fibrils), les microfibrilles (Microfibrils) et les chaînes de cellulose (Cellulose poly-D-glucose chains). Les nanotubes de carbone (SWNTs) s'accrochent sur les fibres. En b et c, un morceau de tissu rendu conducteur après un bain (10 mn à 120°C) dans une solution de nanotubes de carbone. En d, e et f, des vues rapprochées au microscope électronique à balayage. En g, une coupe vue au microscope électronique à transmission. © Yi Cui et al.
L'industrie du textile fabriquera-t-elle des batteries ?
En trempant des morceaux de tissus dans une solution contenant des nanotubes de carbone monofeuillets (en anglais Single-walled Carbon Nanotubes, SWNT) puis en déposant des particules d'oxyde de manganèsemanganèse, ces chercheurs en ont fait des conducteurs d'électricité (conductivitéconductivité de 125 siemenssiemens par centimètre). Cette nouvelle propriété vient de ce que ces nanotubes viennent spontanément se fixer sur les fibres.
En superposant trois couches de tissus, l'une, normale, prise en sandwiche entre deux imbibées de nanotubes, on obtient une batterie, ou plus précisément un supercondensateur (conservant la charge moins longtemps qu'une batterie mais capable de la délivrer rapidement). L'énergieénergie spécifique obtenue est de 20 Wh/kgkg, ce qui représente la quantité d'énergie stockée par unité de massemasse. Les performances sont restées stables après 35.000 cycles de charge et de décharge.
Une électrodeélectrode sur la face extérieure de la chemise, de la jupe ou du pantalon, une électrode côté intérieur et voilà de quoi faire fonctionner ou recharger un baladeur ou un téléphone portable... L'idée ne paraît pas du tout utopique à l'équipe de Yi Cui. Selon eux, « avec les infrastructures existantes de fabrication de textiles, la production à grande échelle et à bas prix de systèmes de stockage d'énergie est possible ».
