À quoi ressembleront les batteries du futur ?

Dix fois plus performante qu’une batterie lithium-ion

Aux États-Unis, une équipe de la Jacobs School of Engineering de l’Université de Californie à San Diego a mis au point une batterie rechargeable souple. Non seulement elle peut se plier et tordre sans perdre sa fonctionnalité ni sa capacité, mais elle offre une densité surfacique d’énergie jusqu’à dix fois supérieure à une batterie lithium-ion standard. Pour parvenir à ce résultat, les scientifiques ont créé un accumulateur constitué d’une cathode en oxyde d’argent, d’une anode en zinc[1] et d’un revêtement en oxyde de plomb pour stabiliser l’oxyde d’argent (AgO). Ce choix permet d’augmenter la capacité et le nombre de cycles de recharge.

Le processus de fabrication a également été amélioré. Cette nouvelle batterie souple est imprimée sur du film polymère résistant à des températures pouvant atteindre les 200°C. Chaque élément fait l’objet d’une sérigraphie sur différentes couches. Grâce à ce procédé, un environnement stérile et sous vie n’est plus nécessaire pour fabriquer des batteries souples. Dans le futur, cette batterie devrait se charger plus rapidement et coûter moins cher à produire. Elle est principalement destinée aux objets connectés et à la robotique molle[2].

Flexible comme l’écaille d’un serpent

En Corée du Sud, le département de nanotechnologie du Korea Institute of Machinery and Materials (KIMM) s’est inspiré de la morphologie des serpents. Ceux-ci peuvent onduler et manger des proies plus grosses qu’eux grâce à une peau souple avec des plis sous leurs écailles, qui peut s’étirer en cas de besoin. En se basant sur ce mécanisme, les ingénieurs ont développé une batterie structurée comme des pliages de type origami. Plutôt que de concevoir une batterie compacte avec des matériaux souples, ils ont assemblé de nombreuses petites cellules de lithium-ion hexagonales ressemblant à des écailles de serpent avec des connecteurs composés d’un mélange de polymère et de cuivre et dotés d’un mécanisme charnière. L’ensemble peut ainsi se replier et se déplier pour s’adapter aux formations et aux déformations de l’appareil qu’il alimente sans perdre en puissance. L’un des tests a ainsi démontré que cette batterie au lithium extensible pouvait maintenir ses performances même si elle était déformée et étirée de 90% pendant plus de 36.000 cycles.

En plus des robots mous, cette nouvelle cellule de batterie pourrait être très utile dans les dispositifs de stockage d’énergie pour les appareils médicaux de rééducation.

Extensible et lavable

Au Canada, des chercheurs de l’Université de la Colombie-Britannique (UBC) ont créé ce qui pourrait être la première batterie au monde à être à la fois extensible et lavable. Pour la construire, ils ont utilisé des composants tels que le zinc et le dioxyde de manganèse – deux éléments moins toxiques que les batteries lithium-ion – , les ont réduits en poudre et intégrés dans un polymère biocompatible. Ils ont superposé plusieurs couches fines qu’ils ont ensuite enveloppées avec ce même polymère. Le résultat est une batterie flexible et… lavable. Pour s’assurer que la batterie était bien scellée, les scientifiques lui ont fait subir 39 cycles de lavage dans des machines à laver domestiques et industrielles sans dégradation. Dernier avantage et non des moindres : le choix des matériaux devrait permettre un coût de production très bas. Lorsqu’elle sera prête à être commercialisée, la batterie sera principalement intégrée dans des montres connectées, des capteurs portés à même la peau et des vêtements connectés.

L’électrode la plus rapide du monde

Plus près de nous, en France, la société Nawa Technologies a réussi à fabriquer l’électrode la plus rapide au monde en parvenant à réduire drastiquement la distance que les ions doivent parcourir pour entrer ou sortir de la batterie. Grâce à ce nouveau design d’électrode à base de nanotubes de carbone alignés verticalement, la densité d’énergie des batteries pourrait être multipliée par trois et leur densité de puissance par dix. En d’autres termes, la société Nawa Technologies sera bientôt capable de proposer des batteries plus légères et plus compactes avec un temps de charge faible et une durée de vie jusqu’à cinq fois plus longue que les batteries classiques.

Pour obtenir ce résultat, l’électrode est fabriquée à partir d’un procédé de déposition par voie chimique. Sur le substrat (une feuille d’aluminium d’une vingtaine de microns) sont déposés des nanogouttes de catalyseur (essentiellement du fer). À partir de ces milliards de gouttelettes dont le rôle est similaire à celui d’une graine dans une plante, les nanotubes vont pousser vers le haut des deux côtés du substrat.

Au premier rang des clients potentiels de cette électrode figurent les constructeurs de véhicules électriques. Des essais en laboratoire ont permis de réduire d’un facteur dix la vitesse de recharge d’une voiture électrique !

[1] La cathode et l’anode sont les deux électrodes que l’on peut trouver dans un système générateur de courant – une pile, par exemple – ou dans un système consommateur de courant – un quelconque composant électronique.

[2] Inspirés des mollusques, les robots mous sont élastiques et déformables. Ils sont également susceptibles de s’auto-réparer ou de s’auto-dégrader.

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