(Phys.org) - Bien qu'ils soient petits, ils sont féroces. Les batteries les plus puissantes de la planète ne mesurent que quelques millimètres, pourtant, ils sont si puissants qu'un conducteur pourrait utiliser un téléphone portable alimenté par ces batteries pour démarrer une batterie de voiture à plat, puis recharger le téléphone en un clin d'œil.

Développé par des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, les nouvelles microbatteries surpassent même les meilleurs supercondensateurs et pourraient conduire de nouvelles applications dans les communications radio et l'électronique compacte.

Dirigé par William P. King, le professeur Bliss de sciences mécaniques et d'ingénierie, les chercheurs ont publié leurs résultats dans le numéro du 16 avril de Communication Nature .

« C'est une toute nouvelle façon de penser aux batteries, " King a déclaré. "Une batterie peut fournir beaucoup plus de puissance que quiconque n'a jamais pensé. Au cours des dernières décennies, l'électronique est devenue petite. Les parties pensantes des ordinateurs sont devenues petites. Et la batterie a pris du retard. C'est une microtechnologie qui pourrait changer tout cela. Désormais, la source d'alimentation est aussi performante que le reste."

Avec les sources d'alimentation actuellement disponibles, les utilisateurs ont dû choisir entre la puissance et l'énergie. Pour les applications nécessitant beaucoup de puissance, comme diffuser un signal radio sur une longue distance, les condensateurs peuvent libérer de l'énergie très rapidement mais ne peuvent en stocker qu'une petite quantité. Pour les applications qui nécessitent beaucoup d'énergie, comme jouer à la radio pendant longtemps, les piles à combustible et les batteries peuvent contenir beaucoup d'énergie mais la libérer ou se recharger lentement.

"Il y a un sacrifice, " dit James Pikul, un étudiant diplômé et premier auteur de l'article. « Si vous voulez une énergie élevée, vous ne pouvez pas obtenir une puissance élevée ; si vous voulez une puissance élevée, il est très difficile d'obtenir une énergie élevée. Mais pour des applications très intéressantes, applications particulièrement modernes, vous avez vraiment besoin des deux. C'est ce que nos batteries commencent à faire. Nous avançons vraiment dans un domaine de l'espace de conception de stockage d'énergie qui n'est actuellement pas disponible avec les technologies d'aujourd'hui. »

Les nouvelles microbatteries offrent à la fois puissance et énergie, et en peaufinant un peu la structure, les chercheurs peuvent les régler sur une large plage sur l'échelle de puissance par rapport à l'énergie.

Les batteries doivent leurs hautes performances à leur microstructure interne tridimensionnelle. Les batteries ont deux composants clés :l'anode (côté moins) et la cathode (côté plus). S'appuyant sur une nouvelle conception de cathode à charge rapide par le groupe du professeur de science et d'ingénierie des matériaux Paul Braun, King et Pikul ont développé une anode correspondante, puis ont développé une nouvelle façon d'intégrer les deux composants à l'échelle microscopique pour créer une batterie complète avec des performances supérieures.

Avec tant de puissance, les batteries pourraient activer des capteurs ou des signaux radio qui diffusent 30 fois plus loin, ou des appareils 30 fois plus petits. Les batteries sont rechargeables et peuvent charger 1, 000 fois plus rapide que les technologies concurrentes - imaginez-vous en train d'alimenter un téléphone fin comme une carte de crédit en moins d'une seconde. En plus de l'électronique grand public, Équipement médical, laser, les capteurs et d'autres applications pourraient voir des avancées technologiques avec de telles sources d'alimentation disponibles.

"Tout type d'appareil électronique est limité par la taille de la batterie - jusqu'à présent, " King a dit. " Considérez les dispositifs médicaux personnels et les implants, où la batterie est une énorme brique, et il est connecté à de minuscules composants électroniques et à de minuscules fils. Maintenant, la batterie est également minuscule."

Maintenant, les chercheurs travaillent à l'intégration de leurs batteries avec d'autres composants électroniques, ainsi que la fabricabilité à faible coût.

« Maintenant, nous pouvons sortir des sentiers battus, " dit Pikul. " C'est une nouvelle technologie habilitante. Ce n'est pas une amélioration progressive par rapport aux technologies précédentes; il brise les paradigmes normaux des sources d'énergie. Cela nous permet de faire différemment, nouvelles choses."

La National Science Foundation et l'Air Force Office of Scientific Research ont soutenu ce travail. King est également affilié au Beckman Institute for Advanced Science and Technology; le Laboratoire de recherche sur les matériaux Frederick Seitz; le Laboratoire de Micro et Nanotechnologies; et le département de génie électrique et informatique de l'U. of I.