Ngoc Tan Nguyen et ses collègues de l’université de la Colombie-Britannique ont mis au point une nouvelle batterie qui peut être étirée et survivre à de nombreux cycles de lavage.

L’électronique tissée dans les tissus promet d’ouvrir toutes sortes de possibilités intéressantes, depuis les vêtements qui surveillent l’activité musculaire et suivent la respiration jusqu’aux vêtements qui peuvent se parler entre eux. La mise au point de sources d’énergie souples pour les accompagner est un domaine de recherche tout aussi important, et des scientifiques de l’université de Colombie-Britannique ont proposé une solution particulièrement impressionnante qui, selon eux, pourrait être la toute première batterie à la fois souple et lavable.

Au cours des dernières années, nous avons vu une variété de solutions de stockage d’énergie extensibles conçues pour alimenter des dispositifs portables, depuis les batteries millimétriques qui s’étirent sur la peau comme un pansement jusqu’aux batteries en tissu qui tirent leur énergie de la sueur. L’équipe de l’Université de la Colombie-Britannique a maintenant tiré parti de certaines avancées techniques pour combler ce qu’elle considère comme des lacunes importantes dans la technologie actuelle.

« L’électronique portable est un marché important et les batteries extensibles sont essentielles à son développement », explique le Dr Ngoc Tan Nguyen, auteur de l’étude. « Cependant, jusqu’à présent, les batteries extensibles n’étaient pas lavables. Il s’agit d’un ajout essentiel si elles doivent résister aux exigences d’une utilisation quotidienne. »

Pour mettre au point une batterie dotée de ces capacités, les scientifiques ont réimaginé la manière dont ces dispositifs sont assemblés. Plutôt que de former une batterie lithium-ion remplie de matériaux durcis à l’intérieur d’un extérieur rigide, l’équipe s’est tournée vers une chimie alternative à base de zinc et de dioxyde de manganèse, qui séduit par son faible coût et sa sécurité. Ces matériaux ont été broyés en minuscules morceaux et incorporés dans un polymère pour former des couches ultrafines et étirables, plusieurs d’entre elles étant empilées et enveloppées dans le même polymère pour sceller le produit fini.

« Nous avons opté pour le zinc-manganèse car, pour les appareils portés à même la peau, il s’agit d’une chimie plus sûre que les batteries lithium-ion, qui peuvent produire des composés toxiques lorsqu’elles se brisent », explique Ngoc Tan Nguyen.

La batterie obtenue est flexible et peut être étirée jusqu’à deux fois sa longueur normale, elle a une capacité spécifique de 160 mAh g-1 et conserve 75 % de sa capacité sur 500 cycles de charge et de décharge. Fait impressionnant, l’équipe a constaté que le joint fonctionnait suffisamment bien pour que la batterie résiste jusqu’à présent à 39 cycles de lavage.

« Nous avons soumis nos prototypes à un véritable cycle de lavage dans des machines à laver domestiques et commerciales », souligne Bahar Iranpour, membre de l’équipe. « Ils en sont ressortis intacts et fonctionnels et c’est ainsi que nous savons que cette batterie est vraiment résiliente ».

L’équipe travaille maintenant à améliorer la puissance de sortie et la durée de vie de la batterie, et affirme que la création a déjà suscité un intérêt commercial, le coût devant être similaire à celui d’une batterie rechargeable standard. Ils imaginent qu’elle pourra être utilisée dans des montres et des patchs qui mesurent les signes vitaux, et dans des vêtements intelligents qui font à peu près la même chose.

« Les matériaux utilisés sont incroyablement bon marché, donc s’ils sont fabriqués en grand nombre, ils seront bon marché », précise John Madden, professeur de génie électrique et informatique, qui a supervisé les travaux. « Les dispositifs portables ont besoin d’énergie. En créant une cellule qui est souple, extensible et lavable, nous rendons l’énergie portable confortable et pratique. »

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202103148

https://news.ubc.ca/2021/12/09/stretchy-washable-battery-brings-wearable-devices-closer-to-reality/