En trempant du papier ou du tissu ordinaire dans une encre spéciale infusée de nanoparticules, L'ingénieur de Stanford, Yi Cui, a trouvé un moyen de fabriquer à moindre coût et efficacement des batteries en papier léger et des supercondensateurs (qui, comme les piles, stocker de l'énergie, mais par des moyens électrostatiques plutôt que chimiques), ainsi que extensible, textiles conducteurs appelés "eTextiles" - capables de stocker de l'énergie tout en conservant les propriétés mécaniques du papier ou du tissu ordinaire.

Bien que la technologie soit encore nouvelle, L'équipe de Cui a envisagé de nombreuses utilisations fonctionnelles de leurs inventions. Les maisons du futur pourraient un jour être recouvertes de papier peint à stockage d'énergie. Les amateurs de gadgets pourraient recharger leurs appareils portables en déplacement, il suffit de les brancher sur une prise tissée dans leurs T-shirts. Les textiles énergétiques peuvent également être utilisés pour créer des vêtements d'affichage mobile, vêtements de sport réactifs haute performance et puissance portable pour l'équipement de combat d'un soldat.

Les ingrédients clés du développement de ces produits de haute technologie ne sont pas visibles à l'œil nu. Nanostructures, qui peuvent être assemblés selon des motifs qui leur permettent de transporter de l'électricité, peut apporter les solutions à un certain nombre de problèmes rencontrés avec les dispositifs de stockage électrique actuellement disponibles sur le marché.

Le type de nanoparticule utilisé dans les dispositifs expérimentaux du groupe Cui varie en fonction de la fonction prévue du produit - l'oxyde de lithium et de cobalt est un composé couramment utilisé pour les batteries, tandis que les nanotubes de carbone monoparoi, ou SWNTs, sont utilisés pour les supercondensateurs.

Cui, professeur adjoint de science et d'ingénierie des matériaux à Stanford, dirige un groupe de recherche qui étudie les nouvelles applications des matériaux à l'échelle nanométrique. L'objectif, dit Cui, n'est pas seulement de fournir des réponses à des questions théoriques, mais aussi de poursuivre des projets ayant une valeur pratique. Récemment, son équipe s'est concentrée sur les moyens d'intégrer la nanotechnologie dans le domaine du développement énergétique.

"Le stockage d'énergie est un domaine de recherche assez ancien, " dit Cui. " Supercondensateurs, piles - ces choses sont vieilles. Comment faites-vous vraiment un impact révolutionnaire dans ce domaine ? Cela nécessite une différence de pensée assez spectaculaire. »

Alors que les dispositifs de stockage d'énergie électrique ont parcouru un long chemin depuis qu'Alessandro Volta a lancé la première cellule électrique au monde en 1800, la technologie est confrontée à une autre révolution. Les méthodes actuelles de fabrication de dispositifs de stockage d'énergie peuvent être à forte intensité de capital et dangereuses pour l'environnement, et les produits finaux ont des contraintes de performances notables - les batteries lithium-ion conventionnelles ont une capacité de stockage limitée et sont coûteuses à fabriquer, tandis que les condensateurs traditionnels fournissent une puissance élevée mais au détriment de la capacité de stockage d'énergie.

Avec un peu d'aide de la nouvelle science, les batteries du futur ne ressembleront peut-être en rien aux unités métalliques encombrantes auxquelles nous nous sommes habitués. La nanotechnologie est privilégiée comme remède à la fois pour son attrait économique et sa capacité à améliorer les performances énergétiques des dispositifs qui l'intègrent. Remplacer les anodes de carbone (graphite) présentes dans les batteries lithium-ion par des anodes de nanofils de silicium, par exemple, a le potentiel de multiplier par 10 sa capacité de stockage, selon les expériences menées par l'équipe de Cui.

Le silicium avait déjà été reconnu comme un matériau d'anode favorable car il peut contenir une plus grande quantité de lithium que de carbone. Mais les applications du silicium étaient limitées par son incapacité à supporter le stress physique - à savoir, la multiplication par quatre du volume que subit le silicium lorsque des ions lithium se fixent sur une anode en silicium lors du chargement d'une batterie, ainsi que le retrait qui se produit lorsque les ions lithium sont extraits lors de la décharge. Le résultat était que les structures de silicium se désintégreraient, ce qui fait que les anodes de ce matériau perdent beaucoup sinon la totalité de leur capacité de stockage.

Cui et ses collaborateurs ont démontré dans des publications précédentes dans Nature, Nanotechnologie et Nano Lettres que l'utilisation d'électrodes de batterie à nanofils de silicium, mécaniquement capable de résister à l'absorption et à la décharge d'ions lithium, était une façon de contourner le problème.

Les résultats sont prometteurs pour le développement de batteries au lithium rechargeables offrant un cycle de vie plus long et une capacité énergétique plus élevée que leurs contemporaines. La technologie des nanofils de silicium pourrait un jour trouver sa place dans les voitures électriques, appareils électroniques portables et appareils médicaux implantables.

Cui espère maintenant orienter ses recherches vers l'étude à la fois de la « science dure » derrière les propriétés électriques des nanomatériaux et la conception d'applications dans le monde réel.

"C'est le bon moment pour vraiment voir ce que nous apprenons des nanosciences et faire des applications pratiques extrêmement prometteuses, " dit Cui. " La beauté de ceci est, il combine la technologie la moins chère que vous pouvez trouver à la nanotechnologie la plus avancée pour produire quelque chose de grand. Je pense que c'est une idée très excitante… un impact énorme pour la société."