Une batterie Li-ion en forme de cœur imprimée sur une coupelle en verre est utilisée pour allumer une LED. Crédit :Kim, et al. ©2015 Société chimique américaine
Les scientifiques ont développé une nouvelle technique qui permet d'imprimer des piles sur presque toutes les surfaces, ce qui devrait être essentiel pour les futures électroniques flexibles telles que les écrans enroulables, vêtements électroniques intelligents, et les appareils de type Google Glass. Alors que les batteries Li-ion d'aujourd'hui ne peuvent être fabriquées que dans des formes et des tailles fixes, tels que des cylindres ou des cellules de poche, les nouvelles batteries Li-ion peuvent être imprimées dans leur intégralité, y compris les électrodes et l'électrolyte, presque n'importe où. Les chercheurs prédisent même qu'à l'avenir, les batteries pourraient être imprimées avec une imprimante 3D sous diverses formes 3D.
Les chercheurs, dirigé par Sang-Young Lee, Professeur à l'Institut national des sciences et technologies d'Ulsan (UNIST) en Corée du Sud, ont publié un article sur les nouvelles batteries Li-ion imprimables à l'état solide (PRISS) dans un récent numéro de Lettres nano .
Dans la fabrication de batteries Li-ion conventionnelles, les électrodes et les membranes séparatrices sont empilées ou enroulées les unes autour des autres et conditionnées dans des boîtiers métalliques, qui sont ensuite injectés avec des électrolytes liquides. Il a été difficile de fabriquer des batteries de formes et de tailles diverses en raison du fait que les électrolytes liquides sont combustibles et peuvent fuir s'ils ne sont pas bien emballés, et aussi parce que les membranes séparatrices sont nécessaires pour empêcher le contact entre les électrodes.
La nouvelle méthode de fabrication des batteries ne nécessite ni injection d'électrolyte liquide ni membranes séparatrices. Au lieu, l'électrolyte est constitué d'une pâte, les électrodes sont constituées d'un coulis, et ils sont imprimés consécutivement sur une surface puis durcis avec une lumière ultraviolette. Parce que la pâte d'électrolyte est imprimée entre les électrodes, elle joue également le rôle de membrane séparatrice. La suspension et la pâte peuvent également être imprimées à travers un pochoir, permettant aux batteries d'être imprimées sous différentes formes, des lettres, et dessins.
Les exemples de batteries imprimables incluent une intégration transparente dans les verres de lunettes, ainsi que des piles imprimées sur des lunettes en papier et sous la forme des lettres « PRISS » sur un matériau souple. Crédit :Kim, et al. ©2015 Société chimique américaine
"Tous les composants de la batterie, comme les cathodes, anodes et électrolytes, peut être imprimé sur des objets arbitraires de géométries complexes, permettant ainsi l'intégration transparente de batteries rechargeables à semi-conducteurs conformables avec divers facteurs de forme dans des objets de forme complexe (tels que curvilignes), " Lee a dit Phys.org . « Nous prévoyons que la batterie imprimable présentée ici est très prometteuse pour une utilisation potentielle dans les futurs appareils électroniques portables et IOT (Internet des objets), qui supprime finalement l'espace de batterie pré-désigné avec une dimension et une forme fixes."
Pour quelques exemples, les scientifiques ont imprimé une pile en forme de cœur sur une tasse, imprimé une autre batterie sur des lunettes en papier ressemblant à des Google Glass, et a également imprimé les lettres "PRISS" sur papier. Parce que les batteries imprimées sont si parfaitement intégrées à la surface de ces objets, d'une certaine manière, il semble qu'il n'y ait pas de batterie du tout. Cependant, La connexion des câbles à ces surfaces intégrées à la batterie montre qu'elles peuvent alimenter les LED.
Globalement, les performances de la batterie imprimée sont compétitives avec celles des autres batteries flexibles, démontrant une bonne capacité de stockage à long terme, 90% de rétention de capacité après 30 cycles, et aucun changement détectable de la résistance électrique pendant les cycles de flexion répétés. Toujours, à l'avenir, les chercheurs prévoient d'améliorer certains domaines, notamment en augmentant la densité énergétique et en prolongeant la durée de vie de la batterie.
Un autre domaine de recherche future consiste à combiner les batteries PRISS avec l'impression jet d'encre de haute précision et l'impression 3D, ce qui conduira à des opportunités de conception encore plus sans précédent.
"Pour étendre les champs d'application des batteries imprimables, nous envisageons actuellement une grande variété de techniques d'impression, " Lee a déclaré. " L'impression à jet d'encre et 3D peut être recommandée comme une technologie prometteuse pour permettre la fabrication facile de sources d'énergie multidimensionnelles/multi-échelles à structure complexe. Une condition préalable urgente pour atteindre cet objectif est que les composants de batterie imprimables doivent être réglés avec précision pour répondre aux exigences rhéologiques de chaque technologie d'impression, sans altérer les propriétés électrochimiques. Notre groupe a récemment obtenu des résultats intrigants sur les batteries imprimables avec la technologie d'impression à jet d'encre et 3D, qui fournira des champs d'application complètement nouveaux de sources d'énergie rechargeables que nous n'avons pas encore rencontrés."
© 2015 Phys.org
