Une batterie de sel et de papier

Des chercheurs de l'Université d'Uppsala en Suède ont fabriqué une batterie flexible en utilisant deux ingrédients courants et bon marché : la cellulose et le sel. La batterie légère et rechargeable utilise de minces morceaux de papier pressé, des tapis de fibres de cellulose enchevêtrées, pour les électrodes, tandis qu'une solution saline agit comme électrolyte.

Pouvoir du papier : Une nouvelle batterie à couche mince a des électrodes en papier enduit de polymère et un électrolyte en papier imbibé de sel. Un prototype de laboratoire montre la cellule pressée entre des lames de verre et emballée dans un sachet en aluminium.

La nouvelle batterie devrait être bon marché, facile à fabriquer et respectueuse de l'environnement, selon le chercheur principal Maria Stromme . Elle suggère qu'il pourrait être utilisé pour alimenter des appareils de diagnostic médical ou des capteurs bon marché sur des matériaux d'emballage ou intégrés dans du tissu. Vous n'avez pas besoin d'équipement de pointe pour fabriquer les batteries, dit Stromme, elles pourraient donc être fabriquées sur place dans les pays en développement.

La nouvelle batterie utilise un type de conception à couche mince rechargeable sur laquelle de nombreux autres chercheurs et entreprises travaillent depuis plusieurs années.

Les batteries à couche mince utilisent généralement des électrolytes solides au lieu de liquides ou de gel, et leurs électrodes sont généralement constituées de lithium combiné à des métaux tels que le nickel, le cobalt ou le manganèse. La batterie au sel et papier est un remplacement idéal pour celles au lithium utilisées dans de nombreux appareils portables à faible consommation, tels que les capteurs sans fil, les cartes à puce, les implants médicaux et les étiquettes RFID. Pour ces applications, plus la batterie est fine et petite, mieux c'est, explique Sara Bradford, consultante en énergie et électricité chez Frost & Sullivan.

Les batteries à couche mince ont d'autres caractéristiques intéressantes. Ils ont une longue durée de vie, conservent leur charge après avoir été stockés pendant de nombreuses années, et ils peuvent être chargés et déchargés des dizaines de milliers de fois, explique Raghu Das, PDG de la société de recherche IDTechEX et expert en électronique imprimée, permettant des capteurs sans fil qui peut durer des décennies avec un récupérateur d'énergie approprié attaché.

Cependant, seule une poignée de startups, telles que Solutions de puissance infinie à Littleton, CO, et Solicore à Lakeland, en Floride, ont généré suffisamment de capital-risque pour commercialiser leurs batteries. Cymbet à Elk River, MN, et Excellatron à Atlanta, GA, sont d'autres concurrents sérieux avec des technologies prêtes pour le marché. Plus de quatre millions de piles à couche mince seront expédiées cette année, selon un rapport de mai 2009 rapport par la société d'études de marché NanoMarkets.

La nouvelle batterie papier, décrite dans un article publié en ligne dans la revue Lettres nano , a du rattrapage à faire. Les batteries au lithium peuvent fournir 4 volts et avoir des densités d'énergie de 200 à 300 milliwattheures par gramme. En comparaison, une seule cellule de batterie en papier fournit 1 volt et peut stocker jusqu'à 25 milliwattheures d'énergie par gramme. Lorsqu'il fournit un courant maximal, il perd 6 pour cent de sa capacité de stockage après 100 cycles de recharge. Cependant, Stromme dit que son équipe a déjà fait fonctionner la batterie pendant 1 000 cycles de recharge à un courant inférieur. Elle souligne également qu'il s'agit de chiffres provenant d'un prototype de laboratoire initial.

Les chercheurs travaillent maintenant sur l'optimisation de la batterie. Finalement, empiler plusieurs cellules ensemble et les connecter en série augmentera la tension. Pendant ce temps, selon l'application, dit-elle, nous pouvons régler la taille et le courant que nous prélevons pour répondre à ces exigences.

La batterie papier peut en outre être rechargée beaucoup plus rapidement qu'une batterie lithium. La cellulose utilisée par Stromme et ses collègues provient d'un type d'algue polluante trouvée dans les mers et les lacs. Bien que les parois cellulaires des algues contiennent de la cellulose, celle-ci a une nanostructure très différente, ce qui lui confère une surface 100 fois supérieure. Les chercheurs enduisent le papier fabriqué à partir de cette cellulose avec un polymère conducteur, puis prennent en sandwich un papier filtre imbibé de solution saline entre les électrodes en papier.

Les ions chlore circulent de l'électrode positive à l'électrode négative, tandis que les électrons traversent le circuit externe, fournissant du courant. L'électrode en papier stocke la charge tout en se rechargeant en quelques dizaines de secondes, car les ions traversent rapidement l'électrode mince. En revanche, les batteries au lithium mettent 20 minutes à se recharger. La combinaison d'une grande capacité et d'un petit temps de charge est tout à fait unique, dit Stromme.

Bradford dit que la nouvelle batterie en papier est à un stade de recherche relativement précoce par rapport aux autres technologies à couche mince. Pour qu'une batterie réussisse, vous devez disposer d'un bon coût et d'un bon processus de fabrication, mais la performance est l'aspect clé, dit-elle. S'il ne s'agit pas d'une amélioration de plusieurs degrés par rapport à la technologie existante, il est très difficile de rentabiliser la batterie.

Stromme, quant à lui, est convaincu que la conception respectueuse de l'environnement trouvera des applications de niche. Elle dit qu'il pourrait être produit commercialement d'ici trois ans.

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