En utilisant des électrodes sous forme fluide, des chercheurs de l’université de Linköping ont mis au point une batterie qui peut prendre n’importe quelle forme. Cette batterie souple et conformable peut être intégrée dans les technologies futures d’une manière totalement nouvelle.
« La texture ressemble un peu à celle du dentifrice. Le matériau peut, par exemple, être utilisé dans une imprimante 3D pour donner à la batterie la forme que l’on souhaite. Cela ouvre la voie à un nouveau type de technologie », précise Aiman Rahmanudin, professeur adjoint à l’université de Linköping.
On estime que plus de mille milliards de gadgets seront connectés à l’internet dans dix ans. Outre les technologies traditionnelles telles que les téléphones portables, les smartwatches et les ordinateurs, il pourrait s’agir de dispositifs médicaux portables tels que les pompes à insuline, les stimulateurs cardiaques, les appareils auditifs et divers capteurs de surveillance de la santé et, à long terme, de robotique douce, de textiles électroniques et d’implants nerveux connectés.
Pour que tous ces gadgets fonctionnent sans gêner l’utilisateur, de nouveaux types de piles doivent être mis au point.
« Les batteries sont le composant le plus important de tous les appareils électroniques. Aujourd’hui, elles sont solides et assez encombrantes. Mais avec une batterie souple et conformable, il n’y a pas de limites de conception. Elle peut être intégrée à l’électronique d’une manière totalement différente et adaptée à l’utilisateur », explique Aiman Rahmanudin.
Souple et malléable
Avec ses collègues du Laboratoire d’électronique organique (LOE), il a mis au point une batterie souple et malléable. La clé a été une nouvelle approche : convertir les électrodes d’une forme solide à une forme liquide.
Les tentatives précédentes de fabrication de batteries souples et extensibles étaient basées sur différents types de fonctions mécaniques, telles que des matériaux composites caoutchouteux qui peuvent être étirés ou des connexions qui glissent l’une sur l’autre.
Mais cela ne résout pas le cœur du problème : une grande batterie a une plus grande capacité, mais avoir plus de matériaux actifs signifie des électrodes plus épaisses et donc une plus grande rigidité.
« Nous avons résolu ce problème et nous sommes les premiers à montrer que la capacité est indépendante de la rigidité », ajoute Aiman Rahmanudin.
Des électrodes fluides ont été testées par le passé, mais sans grand succès. À l’époque, on utilisait des métaux liquides tels que le gallium. Mais le matériau ne peut alors fonctionner que comme anode et risque de se solidifier pendant la charge et la décharge, perdant ainsi sa nature fluide. En outre, bon nombre des batteries extensibles fabriquées précédemment utilisaient des matériaux rares dont l’extraction et le traitement ont un impact majeur sur l’environnement.
Polymères et lignine
Les chercheurs du LiU Campus Norrköping ont basé leur batterie souple sur des plastiques conducteurs (polymères conjugués) et de la lignine, un sous-produit de la production de papier. La batterie peut être rechargée et déchargée plus de 500 fois tout en conservant ses performances. Elle peut également être étirée jusqu’à en doubler la longueur et fonctionner tout aussi bien.
« Comme les matériaux de la batterie sont des polymères conjugués et de la lignine, les matières premières sont abondantes. En réutilisant un sous-produit comme la lignine pour en faire un produit de grande valeur tel qu’un matériau de batterie, nous contribuons à un modèle plus circulaire. Il s’agit donc d’une alternative durable », déclare Mohsen Mohammadi, postdoctorant au LOE et l’un des principaux auteurs de l’article publié dans Science Advances.
La prochaine étape consiste à essayer d’augmenter la tension électrique de la batterie. Selon Aiman Rahmanudin, il y a actuellement certaines limites qu’ils doivent surmonter.
« La batterie n’est pas parfaite. Nous avons montré que le concept fonctionne, mais les performances doivent être améliorées. La tension est actuellement de 0,9 volt. Nous allons donc chercher à utiliser d’autres composés chimiques pour augmenter la tension. Nous étudions notamment la possibilité d’utiliser du zinc ou du manganèse, deux métaux courants dans la croûte terrestre », conclut Aiman Rahmanudin.
L’étude a été financée par la Fondation Knut et Alice Wallenberg par l’intermédiaire du Wallenberg Wood Science Center (WWSC) et de la Wallenberg Initiative Materials Science for Sustainability (WISE), Vinnova, l’Agence suédoise de l’énergie, le Zenith Career Program de l’université de Linköping et le domaine stratégique du gouvernement suédois en matière de matériaux fonctionnels avancés, AFM, à l’université de Linköping.
Article : Passer du solide au liquide : Redox-active electrofluid for intrinsically stretchable batteries, Mohsen Mohammadi, Saeed Mardi, Jaywant Phopase, Filippa Wentz, Jibin J. Samuel, Ujwala Ail, Magnus Berggren, Reverant Crispin, Klas Tybrandt, Aiman Rahmanudin*, Science Advances (2025), publié en ligne le 11 avril 2025. DOI : 10.1126/sciadv.adr9010
Légende illustration : Des chercheurs du Laboratoire d’électronique organique ont mis au point une batterie souple et malléable. Elle est basée sur des plastiques conducteurs (polymères conjugués) et de la lignine. Photographe : Thor Balkhed
Source : U. Linkoping
