Les chercheurs de l’Université des sciences et technologies de Pohang (POSTECH) et de l’Institut coréen de technologie industrielle (KITECH) ont réalisé une avancée majeure dans le développement de dispositifs de stockage d’énergie à petite échelle capables de s’étirer, de se tordre, de se plier et de se froisser.
Un besoin croissant de solutions de stockage d’énergie flexibles
L’essor des technologies portables a mis en évidence la nécessité de développer des solutions de stockage d’énergie capables de suivre la flexibilité et l’extensibilité des appareils électroniques souples.
Les micro-supercondensateurs (MSC) se sont révélés être des candidats prometteurs pour le stockage d’énergie déformable, en raison de leur haute densité de puissance, de leur charge rapide et de leur longue durée de vie. Cependant, la fabrication de motifs d’électrodes interdigitales capables de maintenir les performances de stockage d’énergie sous étirement et torsion répétés restait un défi majeur.
Les matériaux fragiles comme l’or (Au) ont été couramment utilisés comme électrodes, mais ils ne sont pas adaptés aux dispositifs flexibles. D’autre part, bien que le métal liquide eutectique gallium-indium (EGaIn) présente une conductivité et une déformabilité élevées, une structuration fine de l’EGaIn est extrêmement difficile en raison de sa très haute tension superficielle.
Une percée technologique grâce à la structuration au laser
L’équipe de recherche a réussi à fabriquer une structuration fine, par laser, des couches d’EGaIn et de graphène (servant de matériau actif) sur un substrat extensible en copolymère polystyrène-bloc-poly(éthylène-co-butylène)-bloc-polystyrène (SEBS). Lors de l’ablation au laser des couches d’EGaIn et de graphène, le substrat SEBS extensible sous-jacent n’a pas été endommagé, ce qui a permis de maintenir la flexibilité du dispositif MSC.
La capacité surfacique du MSC résultant conserve sa valeur d’origine même après un étirement jusqu’à 1 000 cycles. De plus, les MSC fabriqués fonctionnent de manière stable sous diverses déformations mécaniques, notamment l’étirement, le pliage, la torsion et le froissement.
Des perspectives prometteuses pour les technologies portables
Le professeur Jin Kon Kim de POSTECH a indiqué : « L’utilisation d’électrodes en métal liquide structurées au laser représente une avancée significative dans le développement de solutions de stockage d’énergie véritablement déformables. À mesure que les technologies portables continuent de progresser, des innovations comme celles-ci joueront un rôle essentiel pour garantir que nos appareils puissent s’adapter aux exigences de nos modes de vie dynamiques. »
* Micro-supercondensateur : Dispositif qui stocke l’électricité et peut fournir une puissance électrique instantanée en cas de besoin, permettant un stockage et une décharge stables de l’énergie, même dans de petits volumes.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41528-024-00306-2
Cette recherche a bénéficié de ressources financières (Programme national d’initiative de recherche créative) du ministère de l’Économie et des Finances de la République de Corée, et a été soutenue par le projet de développement de la technologie de production de base de l’industrie de l’Institut coréen de technologie industrielle.
