Les dispositifs portables intelligents, tels que les montres connectées et les vêtements intelligents, nécessitent des batteries plus flexibles et performantes. Une équipe de chercheurs a récemment mis au point une nouvelle batterie qui répond à ces exigences, tout en étant plus sûre et moins coûteuse.
Les chercheurs ont développé une option de batterie plus sûre, moins chère, performante et flexible pour les dispositifs portables.
Les dispositifs portables intelligents, comme les trackers de fitness, les montres intelligentes, les casques de réalité virtuelle et même les vêtements intelligents, sont omniprésents. Pour améliorer le confort, la fiabilité et la longévité, ces dispositifs nécessitent des mécanismes de stockage d’énergie plus flexibles et miniaturisés. Cependant, toute amélioration ne doit pas compromettre la sécurité.
Les batteries aqueuses : une solution prometteuse
Les batteries aqueuses, utilisant une solution à base d’eau comme électrolyte, existent depuis la fin du XIXe siècle. Bien que leur densité énergétique soit trop faible pour des applications comme les véhicules électriques, elles sont beaucoup moins inflammables et donc plus sûres que les batteries lithium-ion. De plus, elles sont moins coûteuses, ce qui en fait une option intéressante pour les dispositifs de stockage d’énergie flexibles, appelés MFESDs.
Les batteries micro aqueuses (AMB) n’ont pas encore atteint leur plein potentiel. Pour être utilisées dans des dispositifs portables, elles doivent résister à des contraintes de flexion et de torsion. Malheureusement, la plupart des AMBs explorées jusqu’à présent échouent face à ces contraintes.
La solution : des batteries auto-réparatrices
Pour surmonter ces défis, les points de fracture ou de défaillance dans une AMB doivent être auto-réparateurs. Les AMBs auto-réparatrices développées jusqu’à présent dépendent de composés métalliques comme porteurs de charge, ce qui entraîne des réactions indésirables avec les matériaux des électrodes, réduisant ainsi les performances de la batterie.
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Les chercheurs de l’Université de Tsinghua à Pékin ont exploré la possibilité de porteurs de charge non métalliques, tels que les ions ammonium, dérivés de sels d’ammonium abondants. Ces ions sont beaucoup moins corrosifs et possèdent une large fenêtre de stabilité électrochimique.
Pour rendre les batteries auto-réparatrices, les sels d’ammonium ont été incorporés dans un hydrogel, un matériau polymère capable d’absorber et de retenir une grande quantité d’eau sans perturber sa structure. Le gel de polyalcool vinylique (PVA) a été choisi pour sa grande résistance et son faible coût.
Optimisation des électrodes
Pour optimiser la compatibilité avec l’électrolyte d’ammonium, le carbure de titane, un nanomatériau 2D, a été choisi pour l’anode en raison de son excellente conductivité. Le dioxyde de manganèse, couramment utilisé dans les piles sèches, a été intégré dans une matrice de nanotubes de carbone pour améliorer la conductivité de la cathode.
Les tests du prototype de batterie auto-réparatrice ont montré une excellente densité énergétique, densité de puissance, durée de vie des cycles, flexibilité et capacité d’auto-réparation même après dix cycles d’auto-réparation.
Article : « A self-healing aqueous ammonium-ion micro batteries based on PVA-NH4Cl hydrogel electrolyte and MXene-integrated perylene anode » – DOI: 10.26599/NRE.2024.9120127
