Une batterie en papier made in France

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Le 23 novembre 2012 par Hugo Leroux

Les chercheurs de l'INP ont encapsulé des électrodes papier et l'électrolyte dans uns achet aluminium
INP-Pagora

Des chercheurs de l’INP Pagora ont mis au point une batterie lithium-ion dont l’anode et la cathode ont une ossature en papier. Le concept pourrait aboutir à des méthodes de fabrication plus économiques, et des batteries entièrement recyclables.

Pour fabriquer ces électrodes, les chercheurs de l’INP Pagora ont remplacé le liant chimique structurant les matériaux actifs par un liant à base de micro fibrilles de celluloses –des filaments papetiers de 2 mm sur 50 micromètres. Souples et conductrices, les "feuilles d’électrodes" ainsi obtenues s’affranchissent de tout support métallique.

« Elles se délitent rapidement dans l’eau, ce qui permet le recyclage intégral des matériaux actifs », indique Didier Chaussy, chercheur à l’INP. Selon lui, à composants actifs identiques, la batterie mise au point à l'INP présente des performances identiques à une batterie fabriquée avec des liants traditionnels.

A présent, les chercheurs préparent un projet de démonstration avec des industriels dont le nom est tenu secret. L’objectif : reconvertir des procédés papetiers pour imprimer des rouleaux d’électrodes, et ainsi faire chuter les coûts de fabrication des batteries.

Hugo Leroux
 

Le silicium-air, nouvel espoir des batteries

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Le 15 octobre 2012 par Hugo Leroux

Le professeur Rüdiger-A. Eichel, directeur du nouveau département d'électrochimie fondamentale du FZJ.
DR

Le centre de recherche sur les énergies de Zulich, en Allemagne, vient d’inaugurer un département dédié aux batteries lithium-air. Cette technologie, très émergente, porte des espoirs de plus grande densité énergétique.

Après les batteries lithium-air, zinc-air, voici un nouveau candidat pour exploiter l’électrochimie du couple métal-air : le silicium-air. Un nouveau département de recherche fondamentale a été inauguré le 1er octobre 2012 sur ce sujet  à l'Institut de recherche énergétique et climatique du Centre de recherche de Jülich (FZJ) en Allemagne.

Schématiquement, les batteries métal-air associent une électrode solide - l'anode - à une membrane perméable à l'air qui tient lieu de cathode. Celle-ci laisse passer l'oxygène, qui entretient la réaction d’oxydoréduction génératrice de charges électriques avec le métal. Avantages à la clé, un gain en poids et en coût par rapports aux batteries classiques.

Le couple métal-air est connu pour ses hauts niveaux de densité énergétique. Dans le cas du silicium-air, les chercheurs tablent sur 1 000 kWh/kg - 5 fois plus que les technologies commercialement disponibles à l’heure actuelle. Surtout, l’utilisation exclusive de silicium, matériau ultra-abondant de l’électronique, promet une baisse des coûts sur les matières premières.

Le concept est également développé par l’institut de technologies israélien Techion. Par rapport à ses concurrents comme le lithium-air, les tenants du silicium-air soulignent sa moindre réactivité face à des facteurs d’instabilité comme l’humidité ou les changements de température. Mais sa compréhension est encore balbutiante. Entre autres défis, les réactions électrochimiques parasites, qui mènent à une interruption prématurée des décharges, restent à identifier.

Hugo Leroux

Des batteries souples efficaces

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Le 17 août 2012 par Mathieu Brisou

Réunissant une batterie et un écran, ce dispositif d'affichage autonome est intégralement souple.
Min Koo

En mettant au point un procédé de fabrication novateur, une équipe du KAIST vise à la création d’une nouvelle génération de produits électroniques souples.

Pilotée par le professeur Min Koo, une équipe du Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) de Daejeon, en Corée du sud a mis au point une batterie souple grâce à un nouveau procédé de fabrication. Cette recherche fait l’objet d’une publication dans la revue Nano Letters.

De type Lithium Ion, cette batterie comporte un film polymère. Une technique spécifique a été développée pour déposer les électrodes sur ce dernier. D’ordinaire, le lithium se dépose à une température de 700 degrés Celsius: le support en polymère serait détruit. Les chercheurs du KAIST ont mis au point une technique dite Universal Transfer Method qui présente l’avantage d’autoriser l’utilisation de toutes sortes de matériaux conducteurs en vue de réaliser des électrodes.

Les électrodes sont déposées sur un substrat de mica comme pour la fabrication d’une batterie non souple. Ensuite, le substrat est pelé couche par couche à l’aide d’une bande adhésive de manière à l’affiner au maximum. Après 10 minutes de ce traitement, le substrat peut être ôté sans abimer les électrodes. Elles sont ensuite déposées sur une feuille de polymère et une seconde feuille vient sceller le tout afin de finaliser la batterie souple.

L’équipe utilise du lithium traditionnel pour l’anode. Du dioxyde de cobalt et de lithium (LiCoO2) a été sélectionné pour la cathode en raison de ses performances. Afin de mettre en avant la pertinence du procédé, une batterie de ce type a été intégrée dans un écran souple.

En condition de test, les chercheurs ont obtenu une tension de 4,2 volts et une capacité de charge de 106 micro Ah par cm2, soit une densité record pour une batterie souple. Si l’on constate une légère baisse de performances après une centaine de cycles de charges et décharges, cette batterie maintient entre 88,2 et 98,4% de sa capacité de stockage en fonction des déformations subies.
L’équipe du KAIST veut désormais augmenter la densité énergétique du dispositif et améliorer le procédé en faisant appel à un faisceau laser pour la phase de pelage du substrat de mica. L’Universal Transfer Method pourrait ainsi être exploité en vue de réaliser des produits souples variés.


Mathieu Brisou

La publication dans Nano Letters

Le site du KAIST

Batteries semi-liquides : révolution pour le stockage d’énergie ?

Le 23 janvier 2012 par Hugo Leroux

Un liquide électrogène noir et visqueux ressemblant à s’y méprendre… à du pétrole brut !
DR

Des chercheurs du MIT travaillent sur de nouvelles batteries dont les électrodes sont dispersées en minuscules particules dans un liquide conducteur. Le concept est révolutionnaire : il permettrait de recharger une voiture électrique en lui injectant un liquide de batterie ''frais''… de la même manière qu’une voiture à essence.

Les batteries lithium-ion actuellement utilisées dans les voitures électriques présentent un inconvénient : leur recharge prend entre 4 et 8 heures, selon la puissance électrique appelée et leur capacité. C’est l'une des raisons pour lesquelles de nombreuses équipes de chercheurs travaillent sur des batteries liquides. Objectif : remplacer les électrodes solides - les deux pôles entre lesquels s’opèrent les échanges électrochimiques - par des matériaux liquides. La solution idéale pour recharger sa batterie à la pompe - et déléguer la régénération du liquide usagé aux stations-service.

Jusque là, les prototypes de batteries liquides présentaient des densités énergétiques bien trop faibles pour concurrencer les batteries solides. C’est ce qui a poussé des chercheurs du MIT à trouver un compromis. L’équipe dirigée par les professeurs W. Craig Carter et Yet-Ming Chiang est parvenue à ''moudre'' les électrodes solides sous forme de minuscules particules en suspension dans l’électrolyte, le liquide conducteur des charges électriques. Résultat : un liquide électrogène noir et visqueux ressemblant à s’y méprendre… à du pétrole brut ! Grâce à cette approche ''semi-liquide'', les chercheurs affirment décupler la densité énergétique de leur batterie par rapport à la solution tout-liquide.

S’il n’y a pas encore de quoi inquiéter les batteries solides, Chiang et Carter semblent confiants sur la marge de progrès de cette architecture originale. Pour la développer, les deux chercheurs ont fondé une start-up, 24M Technologies, subventionnée depuis septembre 2010 par l’hyperactive Arpa-E, organe de financement de la recherche liée aux technologies énergétiques, rattaché au département de l’énergie américain. D’après les objectifs affichés, un prototype pré-commercial devrait voir le jour fin 2013.

Hugo Leroux

http://www.industrie.com/it/batteries-semi-liquides-revolution-pour-le-stockage-d-energie.12563?emv_key=AJ5QmugnaTq78yA9MA#xtor=EPR-25