Une nouvelle microbatterie stocke quatre fois plus d’énergie grâce à son propre emballage

Dépasser les limites de l’ingénierie.

La microbatterie haute densité, posée sur une petite plante. University of Pennsylvania

Parfois, les grandes puissances se présentent sous la forme de petits paquets.

Selon une étude récente publiée dans la revue Advanced Materials, des scientifiques ont imaginé une nouvelle conception pour de minuscules batteries, en surmontant un problème fondamental par la mise au point de cathodes beaucoup plus denses pouvant être “électroplaquées” directement sur de fines feuilles de métal.

Ces nouvelles batteries minuscules peuvent stocker quatre fois plus d’énergie que les batteries classiques (minuscules).

Un matériau cathodique plus dense quadruple le stockage d’énergie d’une microbatterie

Il s’agit d’une utilisation magistrale de l’une des frontières les plus intéressantes de la recherche sur les batteries de nouvelle génération, qui met l’accent sur l’utilisation de composants structurels pour stocker l’énergie. La nouvelle microbatterie est si légère qu’elle pourrait être transportée par des insectes. Elle a été mise au point par des ingénieurs de l’université de Pennsylvanie, qui analysent différents modèles de batteries compactes mais durables, capables d’alimenter des vêtements incroyablement petits, ainsi que d’autres appareils électroniques. Mais pour protéger les appareils des dommages causés par l’eau, l’oxygène et les bons vieux chocs, les batteries sont protégées par des boîtiers qui les alourdissent et les encombrent, ce qui n’améliore pas les performances électrochimiques.

C’est pourquoi les ingénieurs ont rompu avec les électrodes conventionnelles ultrafines généralement utilisées pour transporter rapidement les électrons et les ions : pour éviter le profil mince qui limite la quantité de produits chimiques qu’elles peuvent contenir, ce qui, à son tour, plafonne l’énergie maximale pouvant être stockée. Les cathodes sont l’une des deux électrodes d’une batterie, et sont généralement composées de particules broyées et assemblées de manière à créer une structure poreuse, permettant des espaces d’air. Cela affecte la vitesse des ions lorsqu’ils traversent la batterie. Les scientifiques ont résolu ce problème en se tournant vers un matériau cathodique beaucoup plus dense qui permet un “électroplacage” directement sur les fines feuilles de métal. Et les fines feuilles de métal remplissent une double fonction, à la fois comme couche protectrice et comme matériau de stockage d’énergie.

La nouvelle microbatterie pèse à peu près le même poids que deux grains de riz

“Nous avons essentiellement fabriqué des collecteurs de courant qui remplissent une double fonction”, a déclaré James Pikul, responsable de l’étude, dans un rapport du New Atlas. “Ils agissent à la fois comme un conducteur d’électrons et comme l’emballage qui empêche l’oxygène de l’eau de pénétrer dans la batterie.” Les chercheurs ont également déclaré que leur nouvelle conception de microbatterie aligne les “autoroutes atomiques” de la cathode d’une manière qui permet aux ions de lithium de progresser rapidement à travers la cathode, arrivant après un voyage direct vers le dispositif. Comme les ions n’ont pas à se déplacer autour des poches d’air, la cathode peut être intégrée dans un matériau beaucoup plus épais sans sacrifier cette propriété cruciale, qui multiplie par deux la quantité (en termes de volume) de produits chimiques stockant l’énergie qu’elle peut contenir.

Les ingénieurs ont ainsi pu construire une microbatterie dont la densité énergétique est quatre fois supérieure à celle des batteries conventionnelles de haute technologie. Et leur micro-batterie pèse à peu près le même poids que deux grains de riz, avec la densité de puissance d’une batterie 100 fois plus grande. Le nouveau dispositif aura une multitude d’applications futures, y compris les vêtements, les implants médicaux (qui durent plus longtemps), les robots volants et la multitude croissante de dispositifs sans fil qui remplissent rapidement le monde social et technologique de notre société de plus en plus avancée. Alors que les scientifiques vont continuer à améliorer les performances de cette nouvelle microbatterie, nous pouvons l’ajouter à la liste des éléments cruciaux des appareils qui transformeront notre monde en une techno-société futuriste au-delà de nos rêves les plus fous.

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Source : Interesting Engineering – Traduit par Anguille sous roche