Une batterie fluide qui peut prendre n'importe quelle forme
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Des chercheurs du Laboratoire d'électronique organique ont développé une batterie souple et malléable, à base de plastiques conducteurs (polymères conjugués) et de lignine. Photographe:Thor Balkhed
Grâce à des électrodes fluides, des chercheurs de l'Université de Linköping ont développé une batterie adaptable à toutes les formes. Cette batterie souple et adaptable peut être intégrée aux technologies du futur d'une manière totalement inédite. Leur étude a été publiée dans la revue Science Advances.
« La texture rappelle un peu celle du dentifrice. Le matériau peut, par exemple, être utilisé dans une imprimante 3D pour façonner la batterie à votre guise. Cela ouvre la voie à un nouveau type de technologie », explique Aiman Rahmanudin, professeur adjoint à l'Université de Linköping.
On estime que plus de 1000 milliards d'appareils seront connectés à Internet d'ici dix ans. Outre les technologies traditionnelles telles que les téléphones portables, les montres connectées et les ordinateurs, cela pourrait inclure des dispositifs médicaux portables tels que les pompes à insuline, les stimulateurs cardiaques, les prothèses auditives et divers capteurs de surveillance de la santé, et à long terme, la robotique souple, les textiles électroniques et les implants nerveux connectés.
Aiman Rahmanudin, professeur adjoint à l'Université de Linköping.Photographe:Thor Balkhed
Si tous ces gadgets doivent fonctionner de manière à ne pas gêner l’utilisateur, de nouveaux types de batteries doivent être développés.
« Les batteries sont les composants électroniques les plus volumineux. Aujourd'hui, elles sont solides et assez volumineuses. Mais avec une batterie souple et adaptable, il n'y a plus de limites de conception. Elle peut être intégrée à l'électronique de manière totalement différente et adaptée à l'utilisateur », précise Aiman Rahmanudin.
Souple et malléable
Avec ses collègues du Laboratoire d'électronique organique du LOE, il a développé une batterie souple et malléable. La clé réside dans une nouvelle approche : la conversion des électrodes de l'état solide à l'état liquide.
Les tentatives précédentes de fabrication de batteries souples et extensibles reposaient sur différents types de fonctions mécaniques, telles que des matériaux composites caoutchouteux qui peuvent être étirés ou des connexions qui glissent les unes sur les autres.
La texture du matériau peut être décrite comme du dentifrice et être utilisée dans une imprimante 3D pour façonner la batterie à votre guise. Photographe:Thor Balkhed
Mais cela ne résout pas le cœur du problème : une grande batterie a une capacité plus élevée, mais avoir plus de matériaux actifs signifie des électrodes plus épaisses et donc une rigidité plus élevée.
« Ici, nous avons résolu ce problème et nous sommes les premiers à montrer que la capacité est indépendante de la rigidité », assure Aiman Rahmanudin.
Les électrodes fluides ont été testées par le passé, mais sans grand succès. À l'époque, on utilisait des métaux liquides comme le gallium. Cependant, ce matériau ne peut alors servir que d'anode et risque de se solidifier lors des charges et des décharges, perdant ainsi sa fluidité. De plus, de nombreuses batteries extensibles fabriquées jusqu'à présent utilisaient des matériaux rares dont l'extraction et le traitement ont un impact environnemental majeur.
Polymères et lignine
Les chercheurs du campus LiU de Norrköping ont conçu leur batterie souple à partir de plastiques conducteurs (polymères conjugués) et de lignine, un sous-produit de la production de papier. La batterie peut être rechargée et déchargée plus de 500 fois tout en conservant ses performances. Elle peut également être étirée jusqu'à doubler de longueur tout en conservant ses performances.
Mohsen Mohammadi, chercheur postdoctoral au LOE.Photographe:Thor Balkhed
« Les matériaux de la batterie étant des polymères conjugués et de la lignine, les matières premières sont abondantes. En valorisant un sous-produit comme la lignine pour en faire un matériau de batterie à forte valeur ajoutée, nous contribuons à un modèle plus circulaire. Il s'agit donc d'une alternative durable », explique Mohsen Mohammadi, chercheur postdoctoral au LOE et l'un des principaux auteurs de l'article publié dans Science Advances .
L'étape suivante consiste à essayer d'augmenter la tension électrique de la batterie. Selon Aiman Rahmanudin, il existe actuellement certaines limitations qu'il faut surmonter.
« La batterie n'est pas parfaite. Nous avons démontré que le concept fonctionne, mais les performances doivent être améliorées. La tension est actuellement de 0,9 volt. Nous allons donc maintenant étudier d'autres composés chimiques pour augmenter la tension. Nous explorons notamment l'utilisation du zinc ou du manganèse, deux métaux courants dans la croûte terrestre », explique Aiman Rahmanudin.
L'étude a été financée par la Fondation Knut et Alice Wallenberg par l'intermédiaire du Wallenberg Wood Science Center (WWSC) et de la Wallenberg Initiative Materials Science for Sustainability (WISE), Vinnova, l'Agence suédoise de l'énergie, le Zenith Career Program de l'Université de Linköping et le domaine stratégique du gouvernement suédois dans les matériaux fonctionnels avancés, AFM, à l'Université de Linköping.
https://liu.se/en/news-item/batteriet-som-kan-fa-vilken-form-som-helst