Une batterie à travers laquelle vous pouvez voir

Des chercheurs de l'Université de Stanford ont fabriqué des batteries entièrement transparentes, le dernier composant manquant nécessaire pour fabriquer des écrans transparents et d'autres appareils électroniques.

Puissance claire : Des batteries lithium-ion transparentes comme celle-ci pourraient éventuellement alimenter des appareils électroniques portables clairs.

professeur de science des matériaux à Stanford Yi Cui , qui a dirigé les travaux, dit qu'une énorme quantité de recherches est consacrée à faire en sorte que les batteries stockent plus d'énergie plus longtemps, mais que peu d'attention a été accordée à leur fabrication plus belle et plus sophistiquée.

Les chercheurs ont déjà fait des variations transparentes sur d'autres grandes classes d'électronique, y compris les transistors et les composants utilisés pour contrôler les écrans, mais pas encore les batteries. Et si vous ne pouvez pas rendre la batterie transparente, vous ne pouvez pas rendre le gadget transparent, dit Cui.

Certains composants de la batterie sont plus faciles à fabriquer en utilisant des matériaux transparents que d'autres. Les électrodes sont la partie délicate, dit Cui. Une façon de réaliser une électrode transparente est de la rendre très fine, de l'ordre d'environ 100 nanomètres d'épaisseur. Mais une électrode mince ne peut généralement pas stocker suffisamment d'énergie pour être utile.

Une autre approche consiste à fabriquer l'électrode sous la forme d'un motif dont les caractéristiques sont plus petites que ce que l'œil nu peut voir. Tant qu'il y a suffisamment de matériau d'électrode total dans la batterie, ce type d'électrode peut toujours stocker une quantité importante d'énergie. Cui a conçu une électrode à mailles où toutes les lignes du maillage sont de l'ordre de 50 micromètres, effectivement invisibles, et les carrés à l'intérieur du maillage ne contiennent aucun matériau de batterie.

La fabrication est également délicate, car les méthodes habituelles de fabrication de composants à cette résolution nécessitent des processus chimiques agressifs qui endommagent les matériaux de la batterie. Le groupe de Stanford a plutôt utilisé une méthode relativement simple pour fabriquer les électrodes à mailles transparentes, qui sont maintenues ensemble à l'intérieur d'un polymère transparent et spongieux appelé PDMS.

Ils commencent par utiliser la lithographie pour fabriquer un moule sur une plaquette de silicium. Ensuite, ils versent du PDMS liquide sur le moule, durcissent le polymère pour le solidifier et le décollent du moule. La feuille de PDMS est ensuite gravée d'une grille de canaux étroits. Ensuite, ils gouttent une solution de matériaux d'électrode sur la surface du PDMS. L'action capillaire attire les matériaux jusqu'à ce qu'ils aient rempli tous les canaux pour créer le maillage. Les chercheurs ont utilisé des matériaux de batterie lithium-ion standard pour fabriquer leurs électrodes.

Pour fabriquer la batterie complète, ils prennent en sandwich un électrolyte en gel transparent entre les deux électrodes et placent le tout dans un emballage plastique protecteur. Les chercheurs de Stanford ont créé des prototypes et les ont utilisés pour alimenter une LED dont la lumière peut être vue à travers la batterie elle-même.

Cui dit que ces batteries devraient, en théorie, être capables de stocker environ la moitié de l'énergie qu'une batterie opaque de taille équivalente, car il y a un compromis entre la densité d'énergie et la transparence. Ils peuvent déposer un maillage plus épais de matériaux d'électrode pour stocker plus d'énergie, mais cela signifie que moins de lumière passera.

Jusqu'à présent, les prototypes de son laboratoire peuvent stocker 20 wattheures par litre, soit à peu près autant d'énergie qu'une batterie nickel-cadmium, mais Cui espère améliorer cela d'un ordre de grandeur, en partie en réduisant l'épaisseur du substrat polymère, et en creusant plus profondément les tranchées qui retiennent les matériaux des électrodes.

Une autre façon de stocker plus d'énergie sans sacrifier la transparence serait d'empiler plusieurs cellules les unes sur les autres de manière à ce que la grille des électrodes soit alignée, laissant passer la lumière. Jusqu'à présent, le groupe a fabriqué des électrodes d'environ un pouce de diamètre, mais Cui dit qu'elles pourraient être beaucoup plus grandes et que le matériau pourrait simplement être coupé à la taille souhaitée.

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