Les scientifiques ont mis au point une nouvelle batterie à haute densité dont le poids équivaut à celui de deux grains de riz.
L’un des nombreux domaines intéressants de la recherche de pointe sur les batteries concerne l’idée d’utiliser des composants structurels pour stocker de l’énergie. Nous avons vu comment cette idée pouvait être appliquée aux véhicules électriques et à l’équipement des soldats pour gagner du poids. Aujourd’hui, des scientifiques ont appliqué ce type de réflexion à des microbatteries suffisamment légères pour être transportées par des insectes et dont la densité énergétique est jusqu’à quatre fois supérieure.
Les recherches ont été menées par des ingénieurs de l’université de Pennsylvanie, qui étudiaient de nouveaux modèles de batteries suffisamment compactes et durables pour alimenter des vêtements et des appareils électroniques de plus en plus petits. Pour que ces appareils continuent de fonctionner, les batteries doivent être protégées des chocs, de l’eau et de l’oxygène, mais cela implique un boîtier qui augmente leur poids et leur taille, sans pour autant améliorer leurs performances électrochimiques.
Pour surmonter cette limitation, les scientifiques ont repensé la manière dont les petites batteries sont généralement conçues. Ces dispositifs sont généralement dotés d’électrodes ultrafines qui permettent un transport rapide des électrons et des ions, mais ce profil mince limite la quantité de produits chimiques qu’ils peuvent contenir, et donc la quantité d’énergie qu’ils peuvent stocker.
La cathode, l’une des deux électrodes d’une batterie, est généralement constituée de particules broyées qui sont comprimées ensemble de manière à créer une structure poreuse avec des espaces d’air, ce qui influence la vitesse à laquelle les ions peuvent se déplacer dans la batterie. Les scientifiques ont résolu ce problème en mettant au point un matériau cathodique beaucoup plus dense qui peut être « électroplaqué » directement sur de fines feuilles de métal, qui servent également de boîtier.
« Nous avons essentiellement fabriqué des collecteurs de courant à double fonction », explique James Pikul, responsable de l’étude. « Ils agissent à la fois comme un conducteur d’électrons et comme l’emballage qui empêche l’eau et l’oxygène de pénétrer dans la batterie. »
Selon les chercheurs, cette conception de microbatterie aligne également les « autoroutes atomiques » de la cathode, ce qui permet aux ions de lithium de voyager rapidement et directement à travers la cathode et dans le dispositif. Comme les ions peuvent voyager beaucoup plus efficacement à travers la cathode, celle-ci peut être beaucoup plus épaisse sans compromettre cet attribut clé, ce qui double la quantité de produits chimiques stockant l’énergie qu’elle peut contenir.
Au final, cela permet de créer une microbatterie dont la densité d’énergie est quatre fois supérieure à celle des modèles actuels. La minuscule batterie pèse le même poids que deux grains de riz, mais possède l’énergie et la densité de puissance d’une batterie cent fois plus grande, et les chercheurs imaginent qu’elle pourra être utilisée dans un certain nombre de domaines.
Les chercheurs imaginent qu’elle pourra être utilisée dans un certain nombre de domaines, notamment pour de minuscules robots volants, des vêtements, des implants médicaux offrant une durée de vie plus longue ou les innombrables appareils sans fil qui composent l’internet des objets.
En attendant, les scientifiques continuent d’étudier la composition chimique et physique de leur nouvelle batterie afin d’en améliorer les performances.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202101760
