Avec le lancement d'appareils portables et de smartphones nécessitant une grande capacité d'électricité, tels que les téléphones pliables et les téléphones 5G, l'intérêt pour les batteries augmente et divers types de batteries sont en cours de développement. Par exemple, des batteries flexibles intégrées dans un bracelet de montre mobile ou des batteries de partage d'énergie sans fil qui se sont développées à partir de la charge sans fil. Cependant, il n'y a actuellement aucun processus de fabrication pour une batterie qui produit des milliers de milliampères-heure (mAh) avec la capacité d'être pliable. Récemment, une équipe de recherche de Corée a développé une électrode monolithique qui peut remplacer les collecteurs en cuivre lourds et a permis le développement d'une telle batterie flexible avec une capacité élevée.

Le professeur Soojin Park de la Division de chimie et de science des matériaux avancés avec son chercheur postdoctoral, Jaegeon Ryu et son doctorat étudiant, Jieun Kang a développé avec succès une batterie flexible avec des électrodes organiques minces et tridimensionnelles en collaboration avec l'Institut coréen des sciences des matériaux.

Par ailleurs, ils ont pu réduire le poids d'une batterie de 10 fois plus que le collecteur de cuivre conventionnel en utilisant un collecteur de cuivre tridimensionnel. Au lieu d'utiliser une anode en graphite, ils ont utilisé des matériaux organiques et ont pu augmenter la densité énergétique d'une batterie de quatre fois et plus. Leurs recherches ont été publiées dans le récent numéro de ACS Nano .

La conductivité électrique d'un matériau organique est faible et il n'y avait pas de solution pour intégrer un collecteur et un matériau organique. Pour cette raison, il n'avait pas été possible de démontrer une électrode monolithique avec des matériaux organiques avant leur étude. L'équipe de recherche a étudié une nouvelle façon de remplacer un collecteur de courant qui alourdit une batterie et une anode en graphite à faible densité énergétique afin de réduire de manière innovante le poids de la batterie.

L'équipe a produit une structure tridimensionnelle avec une conductivité électrique élevée en utilisant des aérogels de nanotubes de carbone à paroi unique (SWCNT). Ici, ils ont construit de fines électrodes organiques monolithiques en enrobant un matériau organique de réseau à base d'imide (IBN)2) à l'échelle nanométrique.

Les électrodes monolithiques tridimensionnelles recouvertes de couches d'IBN organiques fines et réglables de 8 nm ont fourni une capacité allant jusqu'à 1550 mA h g ^-1 et avait la capacité de se recharger plus de 800 fois. Ces électrodes étaient recouvertes de matériaux organiques. Malgré leur faible conductivité électrique intrinsèque, ils avaient une conductivité électrique élevée et ils ont également démontré une amélioration des performances électrochimiques de la batterie rechargeable en aidant le transfert rapide du lithium à travers d'abondants sites redox-actifs. De plus, l'épaisseur des matériaux organiques revêtus peut être facilement contrôlée et ils ont pu améliorer considérablement la densité de courant de l'électrode organique.

L'électrode nouvellement développée peut remplacer les collecteurs à base de métal, ce qui permet le développement d'une batterie rechargeable légère et flexible qui peut ensuite être appliquée à des appareils électroniques portables, appareils flexibles, télécommunications et véhicules électroniques de la prochaine génération.

Le professeur Soojin Park qui a dirigé la recherche a commenté :« Nous pouvons réduire considérablement le poids d'une batterie rechargeable en utilisant cette électrode monolithique nouvellement développée avec des matériaux organiques SWCNT. Cela peut surmonter les limites de la batterie rechargeable conventionnelle et permettre la flexibilité et l'allégement d'une batterie organique. »