Batteries en plastique : toutes chargées et en attente de départ

Beaucoup de gens consultent leur télécopieur tous les matins, mais ces jours-ci, Theodore Poehler et Peter Searson s'intéressent particulièrement à ce qui apparaît sur le leur. Cette paire de scientifiques de l'Université Johns Hopkins pense qu'ils sont douloureusement proches d'un accord qui pourrait transformer leur idée de recherche - une batterie entièrement en plastique - en une réalité commerciale. Chaque jour, ils s'attendent à voir le résultat final de plus d'un an de négociations, espérant une décision de plusieurs grandes entreprises de batteries ou la parole d'investisseurs privés qui ont exprimé leur volonté de mettre des dizaines de millions de dollars.

Un accord avec la bonne entreprise de batteries ou un groupe de bailleurs de fonds pourrait transformer leur invention d'une curiosité de laboratoire en une étoile montante sur l'énorme marché des batteries. Le prototype est remarquablement petit, léger et rechargeable. Encore plus intrigant, il se présente sous la forme de feuilles minces et pliables qui peuvent être façonnées en une forme ressemblant à une carte de visite. Poehler et Searson pensent que la nouvelle batterie pourrait jouer un rôle de premier plan dans une nouvelle génération de véhicules électriques, de satellites et d'appareils électroniques légers, même en remplacement des piles AA standard.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de juillet 1998

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C'est le rêve. En faire une réalité, cependant, prend de l'argent, beaucoup d'argent. Il faut aussi le sens des affaires. Et Poehler et Searson savent qu'il n'y a aucune garantie de succès. Nous sommes tous les deux très prudents, explique Peohler. Si cela se produit, cela se produit - si ce n'est pas le cas, eh bien, nous essayons simplement de penser à faire des recherches pour améliorer la technologie.

Leur histoire raconte comment des chercheurs fondamentaux travaillant à la pointe de la technologie peuvent se retrouver dans le monde de l'entrepreneuriat, du capital-risque et des grandes entreprises. Et comment, une fois sur place, les problèmes peuvent être tout aussi complexes - et beaucoup moins familiers - que ceux auxquels ils sont confrontés au laboratoire.

Poehler, professeur de génie électrique et informatique et vice-recteur à la recherche de l'université, et Searson, professeur de sciences des matériaux et d'ingénierie, n'ont jamais voulu être des entrepreneurs. Lorsqu'ils ont commencé il y a six ans à rechercher une batterie entièrement en plastique, ils voulaient simplement faire de la bonne science, tester les limites d'un matériau et d'un système. Les professeurs ont dirigé une équipe de chercheurs à Johns Hopkins qui comprenait Jeffrey Killian, Josef Gofer et Haripada Sarker; l'étudiante diplômée Jennifer Giaccai a ensuite rejoint le groupe. Les progrès sont venus lentement, mais en 1996, ils avaient un prototype fonctionnel. Puis, au début de l'année dernière, un communiqué de presse de l'Université Johns Hopkins vantant le développement de la nouvelle batterie en plastique a déclenché une frénésie médiatique.

La batterie en plastique a été nommée invention de l'année par Popular Science. Des équipes de télévision sont arrivées d'aussi loin que la Suède, Tokyo et le Brésil et ont parcouru le laboratoire. Les chercheurs sont apparus sur CNN et dans USA Today. Les étudiants diplômés du groupe sont devenus des stars des médias locaux. Des centaines d'entreprises et d'investisseurs se sont renseignés sur la nouvelle technologie, essayant de transformer son potentiel électrique en potentiel de bénéfices. Les analystes de Wall Street ont appelé pour obtenir le scoop sur tous les accords qui pourraient être signés pour produire la batterie commercialement.

Ces jours-ci, plus d'un an plus tard, le laboratoire est à peu près revenu à la normale. Une visite récente de TR a trouvé le silence habituel d'un laboratoire universitaire, les chercheurs s'occupant de faire de la science. Les équipes de télévision sont parties. Le flot constant de visiteurs s'est raréfié.

À l'abri des regards des médias, l'équipe de Johns Hopkins, à l'instar d'autres chercheurs universitaires qui ont développé une nouvelle technologie de matériaux à la mode, navigue dans le monde des affaires et de la finance.

Ne vous méprenez pas, les enjeux sont élevés. La commercialisation réussie d'une batterie en plastique pourrait signifier beaucoup d'argent pour ses inventeurs universitaires et leur université. Le marché américain des batteries représente à lui seul 5,8 milliards de dollars par an et est sur le point de connaître une croissance rapide, car une nouvelle génération de véhicules électriques et de petits appareils électroniques entraîne un besoin de batteries rechargeables plus efficaces et plus légères. Les laboratoires d'entreprises et universitaires du monde entier se précipitent pour trouver la solution, avec de nombreux efforts axés sur les batteries au lithium ( voir encadré ).

Une batterie en plastique pourrait se tailler une niche lucrative. La plupart des batteries d'aujourd'hui sont constituées de métaux lourds toxiques et nocifs pour l'environnement tels que le plomb et le cadmium. Les batteries en plastique, cependant, ne contiennent aucun métal et sont facilement recyclées. Ils doivent être scellés pour que l'humidité n'atténue pas leur charge, mais les polymères à l'intérieur sont loin du lithium, qui peut exploser lorsqu'il est exposé à l'eau.

De plus, la batterie entièrement en plastique est constituée de feuilles minces semblables à des feuilles d'aluminium, un avantage essentiel pour quelqu'un qui conçoit un produit qui doit savoir où insérer une batterie. Imaginez des boîtiers d'ordinateurs portables recouverts de fines feuilles de batterie ou de pièces structurelles de voiture alignées avec les sources d'alimentation, même des satellites où la batterie en plastique est entassée dans n'importe quel espace disponible. Vous pouvez en faire à peu près n'importe quelle configuration, explique Searson.

L'astuce consiste à trouver une anode en polymère adaptée à une batterie fonctionnelle. Lorsqu'ils sont utilisés dans une batterie, certains polymères peuvent agir comme de grandes cathodes, acceptant facilement les électrons provenant de l'anode à travers un circuit externe. D'autre part, pour qu'un polymère conducteur agisse comme une anode, il doit être dopé de manière à ce qu'un électron supplémentaire soit forcé dans le squelette du polymère, lui conférant une charge négative. Contrairement aux cathodes dopées, cependant, les anodes dopées sont instables et vulnérables à l'humidité.

Malgré le défi, l'équipe de Johns Hopkins a chargé en avant. Finalement, ils ont découvert qu'en piégeant un ion lithium dans la chaîne polymère, ils pouvaient faire en sorte qu'un type de plastique appelé polypyrrole se comporte comme une anode. Après trois ans d'efforts, Poehler a estimé que ce système commençait à avoir l'air décent. À l'été 1995, le laboratoire a produit une batterie fonctionnelle. Mais la batterie ne produisait qu'environ un volt par cellule - bien trop faible pour de nombreuses applications - et elle nécessitait toujours du lithium comme dopant.

L'équipe est retournée à la planche à dessin. Cette fois, ils ont fait une percée significative en un peu plus de six mois. L'équipe de Johns Hopkins s'est tournée vers une famille de polymères appelés fluorophénylthiophènes pour former les électrodes ; un membre de la famille, 3,4,5 TFPT, agit comme anode, tandis qu'un autre, 3,5 DFPT, comme cathode. Les polymères ont ensuite été pris en sandwich autour d'un électrolyte de batterie constitué d'un gel fin de polyacylonitrile. La batterie pourrait produire trois volts d'électricité par cellule et être rechargée des centaines de fois.

Ce fut une percée remarquable. Les piles sont aussi flexibles qu'une pellicule de plastique, elles peuvent donc être enroulées sous la forme cylindrique d'une pile de lampe de poche conventionnelle ou utilisées comme des feuilles minces pour une carte de crédit. Contrairement aux batteries conventionnelles, qui souvent ne fonctionnent pas à des températures bien inférieures à zéro, elles sont capables de fonctionner à des températures aussi basses que -40 degrés C. En prime, les batteries changent de couleur lorsqu'elles se déchargent, ce qui permet de savoir facilement quand un une recharge est nécessaire.

Le laboratoire disposait désormais d'un prototype fonctionnel, mais ce n'était que le point de départ sur la route difficile de la commercialisation. Poehler, qui a vu de nombreux accords de transfert de technologie en sa qualité de vice-recteur, a pris la tête des efforts commerciaux de l'équipe. Le premier défi consiste à déterminer si la technologie est compétitive, explique-t-il. À la fin de 1996, lorsque l'histoire a éclaté dans les médias, les chercheurs de Johns Hopkins étaient convaincus que leur batterie avait atteint ce stade. Ils ont trié le déluge de demandes et rencontré plus de 40 partenaires de recherche ou bailleurs de fonds potentiels, se rendant ou recevant la visite d'entreprises ou de groupes de recherche presque chaque semaine pendant plus d'un an.

Nous n'avons pas considéré la plupart des réunions comme des occasions de conclure des affaires, mais comme des occasions d'échanger des informations, dit Poehler. Pourtant, l'objectif primordial était de conclure un accord majeur qui mettrait la batterie sur le marché, et pas seulement de rapporter de l'argent pour faire des recherches plus approfondies. Nous travaillons toujours là-dessus et avons toujours du mal à arriver au point où la technologie se vend, dit-il.

Arriver à ce point, cependant, n'est pas facile. En fait, cela signifie négocier un monde complexe de capital de risque et de financement d'entreprise. Poehler et Searson ont chacun une réputation académique impressionnante, mais, comme la plupart des scientifiques, aucun d'eux n'a beaucoup d'expérience dans les affaires et le monde de la haute finance.

Cela nécessite des compétences différentes de celles de la science, explique Lita Nelsen, directrice du Technology Licensing Office du MIT. Il y a quelques personnes qui ont les deux compétences, mais pas beaucoup. L'offre croissante de fonds de capital-risque et d'investisseurs commerciaux à la recherche de technologies de pointe signifie des opportunités commerciales croissantes pour les scientifiques universitaires. Nelsen dit, cependant, que les scientifiques se concentrent souvent exclusivement sur les aspects financiers d'un accord alors qu'ils devraient en réalité rechercher plus que de l'argent. L'argent est disponible. Ils devraient rechercher la sagesse qui va de pair avec la sagesse de savoir quoi faire dans des situations de jugement comme lorsque le directeur général ne travaille pas ou lorsque quelqu'un enfreint leur brevet.

Les chercheurs universitaires sont confrontés à un certain nombre de décisions difficiles, alors qu'ils essaient de guider leurs technologies hors du laboratoire vers le monde des affaires. Ils pourraient, par exemple, simplement licencier leur brevet et poursuivre leurs recherches. Alternativement, ils pourraient conclure une collaboration avec une entreprise qui pourrait fournir l'expérience de marketing et de fabrication qui manque aux scientifiques. Enfin, ils pourraient essayer de trouver des financements pour leur propre entreprise en démarrage.

Chaque option a des avantages et des inconvénients. Quelle que soit leur décision, Poehler et Searson disent qu'ils prévoient de rester dans leurs emplois universitaires et de laisser des hommes d'affaires diriger n'importe quelle entreprise. Concéder la technologie à une entreprise de batteries établie est une valeur sûre financièrement, mais cela signifie généralement abandonner le contrôle total. Prendre un financement en capital-risque pourrait également signifier que les chercheurs abandonneraient plus de contrôle sur une entreprise dérivée d'une batterie qu'ils ne le feraient avec d'autres sources privées de capital.

L'enjeu de la décision est de savoir si la batterie en plastique sortira un jour du laboratoire et émergera comme un appareil pratique. La commercialisation de nouveaux types de batteries est un processus notoirement coûteux, nécessitant de nouvelles usines de fabrication et un engagement à long terme envers un type particulier de technologie. Une fois qu'une entreprise octroie une licence pour une technologie, elle prend largement le contrôle de son destin, y compris le choix de tuer son développement. Choisissez le mauvais partenaire et la batterie - une fois le chouchou des extraits sonores télévisés de 30 secondes - peut être rapidement reléguée à la pile de meilleures batteries d'une entreprise qui n'a jamais fonctionné.

D'un autre côté, les bonnes manœuvres commerciales pourraient fournir un salaire lucratif à Searson et Poehler, ainsi qu'à une poignée de leurs collègues de laboratoire. Comme la plupart des chercheurs qui découvrent quelque chose avec un potentiel commercial, Searson, Poehler et leurs collègues ont pris soin de déposer un brevet avant de publier les résultats. L'université est propriétaire du brevet, mais les bénéfices ou les frais de licence sont répartis de sorte qu'un tiers aille à l'université, un tiers aux chercheurs et un tiers au laboratoire pour ses futures recherches. Si les nombres impliqués deviennent très importants, la part personnelle des chercheurs diminue à environ 15 %.

Pour le moment, cependant, la batterie en plastique de Johns Hopkins semble être suspendue à un catch-22 qui afflige fréquemment les laboratoires qui cherchent à commercialiser une technologie en début de développement ; le projet a besoin de plus de financement pour atteindre la prochaine étape de développement mais les bailleurs de fonds veulent voir une technologie plus développée avant de desserrer les cordons de la bourse.

De plus, alors que le marché du capital-risque continue de prospérer et constitue une source de dollars pour les startups des technologies de l'information et de la biotechnologie, l'investissement en capital-risque dans de nouveaux matériaux reste un secteur atone et souvent négligé. Wall Street n'aime pas les histoires de matériaux, déclare Joe Lovett, associé général de Medical Science Partners, une société de capital-risque de Wellesley, dans le Massachusetts, qui finance à la fois les startups de biotechnologie et de science des matériaux.

Josh Lerner, professeur agrégé à la Harvard Business School et expert en capital-risque, déclare que la science des matériaux a connu une brève montée en popularité à la fin des années 1980 avec la supraconductivité à haute température. Mais les gens semblent avoir perdu leurs illusions avec la région. Lerner dit que même avec le boom de l'investissement en capital-risque, il y a encore une bande très étroite de technologies qui sont financées ; 80 à 85 % des entreprises sont actives dans les technologies de l'information et les sciences de la vie.

Au-delà de ces obstacles au financement, la batterie en plastique fait face à une rude concurrence de plusieurs autres types de batteries prometteurs, notamment les batteries zinc-air et les batteries au lithium. Chacune de ces technologies a des centaines de millions de dollars d'investissement et une longueur d'avance critique. Certains ont déjà été fabriqués à grande échelle. Comme la batterie en plastique, ils sont efficaces, légers et compacts. Les batteries lithium-polymère, par exemple, peuvent être moulées dans presque toutes les formes, même coupées en morceaux sans perdre leur charge.

Alors, quelles sont les chances qu'un jour nous nous retrouvions à conduire dans des voitures avec des pièces garnies de batteries en plastique, à parler sur des téléphones portables alimentés par ces trucs ? Il est encore trop tôt pour le dire. Si Poehler avait le choix, l'une des plus grandes sociétés de batteries au monde dirait : « Nous allons prendre cela et le faire et vous donner beaucoup, et vous pouvez toujours faire votre propre travail pour améliorer la technologie », ou un bailleur de fonds viendrait et leur donnerait beaucoup d'argent pour démarrer une entreprise.

Mais les scientifiques de Johns Hopkins savent que ce n'est pas si facile. Ainsi, chaque matin, Poehler et Searson continuent de rechercher l'accord signé qui pourrait nous rapprocher d'une réalité de batterie en plastique. Malgré toutes les avancées de la recherche, le battage médiatique et les rencontres prometteuses, c'est toujours un rêve d'essayer de faire le grand saut dans le monde commercial.

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