La batterie biodégradable se compose de quatre couches, le tout sortant d'une imprimante 3D l'un après l'autre. Le tout est ensuite replié comme un sandwich, avec l'électrolyte au centre. Image :Gian Vaitl / Empa
Le dispositif de fabrication de la révolution de la batterie semble assez discret :il s'agit d'un imprimante 3D disponible dans le commerce, situé dans une salle du bâtiment du laboratoire de l'Empa. Mais la véritable innovation réside dans la recette des encres gélatineuses que cette imprimante peut distribuer sur une surface. Le mélange en question est constitué de nanofibres de cellulose et de nanocristallites de cellulose, plus du carbone sous forme de noir de carbone, graphite et charbon actif. Pour liquéfier tout ça, les chercheurs utilisent de la glycérine, l'eau et deux types d'alcool différents. Plus une pincée de sel de table pour la conductivité ionique.
Un sandwich de quatre couches
Pour construire un supercondensateur fonctionnel à partir de ces ingrédients, quatre couches sont nécessaires, le tout sortant l'un après l'autre de l'imprimante 3D :un substrat souple, une couche conductrice, l'électrode et enfin l'électrolyte. Le tout est ensuite replié comme un sandwich, avec l'électrolyte au centre.
Ce qui émerge est un miracle écologique. Le mini-condensateur du labo peut stocker de l'électricité pendant des heures et peut déjà alimenter une petite horloge numérique. Il peut supporter des milliers de cycles de charge et de décharge et des années de stockage, même à des températures glaciales, et résiste à la pression et aux chocs.
Alimentation biodégradable
Le meilleur de tous, bien que, quand tu n'en as plus besoin, vous pouvez le jeter dans le compost ou simplement le laisser dans la nature. Après deux mois, le condensateur se sera désintégré, ne laissant que quelques particules de carbone visibles. Les chercheurs ont déjà essayé cela, trop.
"Ça a l'air assez simple, mais ce n'était pas du tout, " explique Xavier Aeby du laboratoire Cellulose &Wood Materials de l'Empa. Il a fallu une longue série de tests jusqu'à ce que tous les paramètres soient corrects, jusqu'à ce que tous les composants s'écoulent de manière fiable de l'imprimante et que le condensateur fonctionne. Dit Aeby :« En tant que chercheurs, nous ne voulons pas juste tripoter, nous voulons aussi comprendre ce qui se passe à l'intérieur de nos matériaux."
Avec son superviseur, Gustav Nyström, Aeby a développé et mis en œuvre le concept d'un dispositif de stockage d'électricité biodégradable. Aeby a étudié l'ingénierie des microsystèmes à l'EPFL et est venu à l'Empa pour son doctorat. Nyström et son équipe étudient depuis un certain temps les gels fonctionnels à base de nanocellulose. Le matériau n'est pas seulement un respectueux de l'environnement, matière première renouvelable, mais sa chimie interne le rend extrêmement polyvalent. « Le projet d'un système de stockage d'électricité biodégradable me tenait à cœur depuis longtemps, " dit Nyström. " Nous avons demandé un financement interne de l'Empa avec notre projet, Piles en papier imprimé, et avons pu démarrer nos activités avec ce financement. Nous avons maintenant atteint notre premier objectif."
Après deux mois enfouis dans le sol, le condensateur s'est désintégré, ne laissant que quelques particules de carbone visibles. Image :Gian Vaitl/Empa.
Xavier Aeby et Gustav Nyström ont inventé une batterie biodégradable entièrement imprimée à base de cellulose et d'autres composants non toxiques. Image :Gian Vaitl / Empa
Application dans l'Internet des objets
Le supercondensateur pourrait bientôt devenir un élément clé de l'Internet des objets, Nyström et Aeby attendent. "À l'avenir, de tels condensateurs pourraient être brièvement chargés à l'aide d'un champ électromagnétique, par exemple, alors ils pourraient alimenter un capteur ou un microtransmetteur pendant des heures. par exemple, pour vérifier le contenu des colis individuels lors de l'expédition. L'alimentation de capteurs dans la surveillance environnementale ou l'agriculture est également envisageable - il n'est pas nécessaire de collecter à nouveau ces batteries, car ils pourraient être laissés dans la nature pour se dégrader.
Le nombre de microdispositifs électroniques augmentera également en raison d'une utilisation beaucoup plus répandue des diagnostics de laboratoire à proximité du patient (« test au point de service »), qui est actuellement en plein essor. Les petits appareils de test à utiliser au chevet du patient ou les appareils d'autotest pour les diabétiques en font partie. "Un condensateur en cellulose jetable pourrait également être bien adapté à ces applications, " dit Gustav Nyström.
