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Piles fabriquées à partir de papier ordinaire
Le papier ordinaire peut être transformé en électrode de batterie simplement en le trempant dans des encres à nanotubes de carbone. Les électrodes résultantes, qui sont solides, flexibles et hautement conductrices, pourraient être utilisées pour fabriquer des dispositifs de stockage d'énergie bon marché pour alimenter des appareils électroniques portables.
Encre nanotube : Ce morceau de papier de bureau a été peint avec de l'encre noire à nanotubes de carbone.
Il est désormais possible d'imprimer des circuits légers et des écrans pour l'électronique comme les liseuses électroniques, mais les batteries conventionnelles pèsent toujours sur ces appareils. Les nanotubes de carbone sont un matériau prometteur pour les batteries d'impression car, en plus de leur résistance, de leur légèreté et de leur conductivité, ils peuvent stocker une grande quantité d'énergie, une qualité qui permet aux appareils électroniques portables de fonctionner plus longtemps entre les charges.
Maintenant un groupe de chercheurs de l'Université de Stanford, dirigé par un professeur de science des matériaux Yi Cui , ont démontré que le papier de bureau ordinaire absorbe les nanotubes de carbone comme une éponge et peut être transformé en électrodes pour batteries et supercondensateurs. L'avantage du papier, dit Cui, est qu'il est bon marché et qu'il interagit fortement avec les nanotubes sans qu'il soit nécessaire de mettre des additifs dans l'encre. Nous profitons de la structure poreuse du papier, explique Cui. Les nanotubes de carbone s'absorbent dans le papier et adhèrent très étroitement.
Une fois le papier trempé dans l'encre des nanotubes et séché à l'air, il devient hautement conducteur. Le groupe de Stanford a testé les films minces en tant qu'électrodes dans des supercondensateurs et a découvert qu'ils pouvaient stocker plus d'énergie totale et fonctionner à des courants plus élevés que les précédents dispositifs à nanotubes imprimés. Joël Schindall , professeur de génie électrique et d'informatique au MIT, affirme que les supercondensateurs en papier stockent une quantité de charge étonnamment élevée. Le groupe de Stanford a également testé les électrodes en papier comme collecteurs de courant dans les batteries lithium-ion. Leurs performances correspondaient à celles des collecteurs de courant métalliques utilisés dans ces batteries, même si les collecteurs métalliques sont beaucoup plus lourds. Ce travail est décrit cette semaine dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .
D'autres groupes ont travaillé sur l'utilisation du papier comme substrat pour la fabrication d'électrodes. Cependant, les tentatives précédentes pour construire des dispositifs à nanotubes sur papier étaient beaucoup plus compliquées, dit Cui, et nécessitaient la croissance des nanotubes sur le papier ou l'utilisation de nouvelles formulations de papier comme point de départ. La méthode de trempage est simple et agréable, dit Nicolas Kotov , professeur de génie chimique à l'Université du Michigan.
Électrode en papier : Les nanotubes s'absorbent dans le papier et se lient fortement aux fibres de cellulose, comme le montre cette micrographie électronique à balayage.
Cui dit que les électrodes en papier-nanotube sont robustes. Bien que le papier non traité se dissolve dans l'eau, le papier traité aux nanotubes ne le fera pas, et les nanotubes ne se détachent pas lorsqu'ils sont rayés ou enroulés. Le supercondensateur a été testé sur 40 000 cycles de charge pendant six mois et il fonctionne toujours, explique Cui.
Les chercheurs de Stanford travaillent maintenant à améliorer les performances de leurs appareils et testent différentes méthodes et matériaux d'impression. Jusqu'à présent, Cui a utilisé une encre composée d'un mélange de nanotubes semi-conducteurs et métalliques. Les encres purement métalliques seraient probablement plus performantes, mais elles sont plus chères. Le groupe expérimente également différentes manières de réunir des nanotubes et du papier, notamment en peignant les encres avec un stylo ou un pinceau pour créer des motifs complexes.