Ne serait-ce pas formidable si les batteries, ces blocs volumineux et rigides qui remplissent la plupart de nos appareils, pouvaient s’adapter à n’importe quelle forme ? Il ne s’agit pas de science-fiction, mais de la réalité concrète présentée par des chercheurs deUniversité de Linköping. Leur batterie fluide, semblable à du dentifrice, imprimable en 3D, annonce une nouvelle ère dans l'électronique.
On estime que d’ici dix ans, nous aurons plus d’un billion d’appareils connectés:des smartphones classiques et des montres intelligentes aux appareils médicaux portables tels que les pompes à insuline, stimulateur cardiaque e sensori de surveillance de la santé. Et c'est sans compter les robotique doucele e-textile et implants neuraux. Pour tous ces gadgets, une batterie fluide qui peut prendre n’importe quelle forme n’est pas seulement pratique : elle est nécessaire. La rigidité énergétique, nous le savons, a toujours été la limite invisible de la conception technologique.
Une « pasta » électrique qui fait la différence
« La consistance est comparable à celle du dentifrice. Le matériau peut, par exemple, être utilisé dans une imprimante 3D pour façonner la batterie à volonté. Cela ouvre la voie à un nouveau type de technologie », explique-t-il. Aiman Rahmanudin, professeur adjoint à l'Université de Linköping. Il y a quelque chose de poétique dans cette description : une énergie qui devient fluide, qui s’adapte plutôt qu’elle n’impose sa propre forme.
Les batteries sont actuellement le composant le plus important de tous les appareils électroniques. Aujourd'hui, ils sont solides et plutôt volumineux. Le problème a toujours été le même : plus la capacité de la batterie est élevée, plus les électrodes doivent être épaisses et donc plus la rigidité est grande. Un cercle vicieux qui semblait impossible à briser, jusqu’à présent.
Mais avec une batterie souple et ajustée, il n'y a aucune limitation de conception. Il peut être intégré dans l'électronique d'une manière complètement différente et adapté à l'utilisateur. Je n’exagère pas quand je dis que cela pourrait changer radicalement la façon dont nous interagissons avec la technologie au quotidien.
Batterie fluide : durabilité et flexibilité réunies
Les tentatives précédentes pour fabriquer des batteries souples et extensibles reposaient sur différents types de caractéristiques mécaniques, telles que des composites en caoutchouc qui peuvent être étirés ou des connexions qui glissent les unes sur les autres. Mais ces solutions ne s’attaquent pas au cœur du problème : plus de matière active signifie des électrodes plus épaisses et donc une plus grande rigidité.
« Nous avons résolu ce problème et nous sommes les premiers à montrer que la capacité est indépendante de la rigidité », explique Rahmanudin.
Des électrodes fluides ont été testées dans le passé, mais sans grand succès. A cette époque, on utilisait des métaux liquides comme le gallium, qui ne pouvait cependant fonctionner que comme anode et risquait de se solidifier lors de la charge et de la décharge, perdant ainsi sa nature fluide. De plus, de nombreuses batteries extensibles fabriquées auparavant utilisaient des matériaux à base de terres rares ayant un impact environnemental important lors de l’extraction et du traitement.
L'avenir des batteries flexibles
Les chercheurs ont plutôt basé leur batterie souple sur plastiques conducteurs (polymères conjugués) et 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. Il peut également être étendu pour doubler la longueur et fonctionner tout aussi bien.
« Comme les matériaux de la batterie sont des polymères conjugués et de la lignine, les matières premières sont abondantes. En réutilisant un sous-produit comme la lignine pour en faire un matériau de grande valeur, comme le matériau de la batterie, nous contribuons à un modèle plus circulaire. C'est donc une alternative durable », explique-t-il. Mohsen Mohammadi, chercheur postdoctoral au LOE et l'un des principaux auteurs de l'article publié Science Advances.
La batterie à fluide est encore au stade expérimental ; Il fournit actuellement 0,9 volt, mais les chercheurs travaillent déjà à augmenter cette tension en utilisant différents composés chimiques comme le zinc ou le manganèse, deux métaux courants dans la croûte terrestre.
J'ai hâte de m'en tartiner quelque part.
