Les batteries flexibles pourraient transformer l’industrie des dispositifs portables, notamment les moniteurs de santé. Des chercheurs ont récemment dévoilé une batterie lithium-ion entièrement extensible, capable de s’étirer jusqu’à 5000% tout en conservant sa capacité de stockage après près de 70 cycles de charge et de décharge.
Les dispositifs électroniques qui se plient et s’étirent nécessitent des batteries possédant des propriétés similaires. Jusqu’à présent, la plupart des chercheurs ont tenté de créer ces batteries en utilisant des tissus conducteurs tissés ou des composants rigides pliés en formes extensibles, à l’image de l’origami. Pour obtenir une batterie véritablement malléable, chaque partie — des électrodes collectant la charge à la couche d’électrolyte équilibrant la charge — doit être élastique.
Les défis des prototypes de batteries extensibles
Les prototypes de batteries extensibles existants présentent une élasticité modérée, des processus d’assemblage complexes ou une capacité de stockage d’énergie limitée, surtout avec le temps et les cycles de charge et de décharge répétés. Ces limitations peuvent être dues à une connexion faible entre la couche d’électrolyte et les électrodes ou à l’instabilité de l’électrolyte liquide, qui peut se déplacer lorsque la batterie change de forme.
Wen-Yong Lai et ses collègues ont cherché à intégrer l’électrolyte dans une couche polymère fusionnée entre deux films d’électrodes flexibles, créant ainsi une batterie totalement solide et extensible. Pour fabriquer les électrodes, l’équipe a étalé un film mince de pâte conductrice contenant des nanofils d’argent, du noir de carbone et des matériaux de cathode ou d’anode à base de lithium sur une plaque. Une couche de polydiméthylsiloxane, matériau flexible couramment utilisé dans les lentilles de contact, a ensuite été appliquée sur la pâte.
Directement sur ce film, les chercheurs ont ajouté un sel de lithium, un liquide hautement conducteur et les ingrédients nécessaires pour créer un polymère extensible. Lorsqu’ils sont activés par la lumière, ces composants se combinent pour former une couche solide et caoutchouteuse capable de s’étirer jusqu’à 5000% de sa longueur initiale et de transporter des ions lithium. Enfin, l’ensemble a été recouvert d’un autre film d’électrode et scellé dans un revêtement protecteur.
Comparaison avec les batteries traditionnelles
En comparant le design de la batterie extensible solide à un dispositif similaire avec un électrolyte liquide traditionnel, la nouvelle version a montré une capacité de charge moyenne environ six fois plus élevée à un taux de charge rapide. De plus, la batterie solide a maintenu une capacité plus stable lors de 67 cycles de charge et de décharge. Dans d’autres prototypes fabriqués avec des électrodes solides, l’électrolyte polymère a maintenu un fonctionnement stable sur 1000 cycles, avec une diminution de capacité de 1% au cours des 30 premiers cycles, contre une diminution de 16% pour l’électrolyte liquide.
Bien qu’il reste des améliorations à apporter, cette nouvelle méthode de création de batteries entièrement extensibles et solides pourrait représenter une avancée significative pour les dispositifs portables ou implantables qui doivent se plier et se mouvoir avec le corps.
Légende illustration : Cette batterie lithium-ion a des composants entièrement extensibles et une capacité de charge et de décharge stable dans le temps. Crédit Adapted from ACS Energy Letters 2024
Article : « Elastic Polymer Electrolytes Integrated with In Situ Polymerization-Transferred Electrodes toward Stretchable Batteries » – DOI: 10.1021/acsenergylett.4c01254
