Pour répondre aux besoins d’appareils plus fins et plus souples, des chercheurs d’une université de Zurich sont parvenus à créer une batterie qui peut se tordre, se plier et s’allonger. Mieux encore, elle serait beaucoup moins dangereuse pour l’environnement que les habituelles batteries au lithium-ion.

Une équipe de chercheurs de l’École polytechnique fédérale de Zurich (EPFZ) a mis au point une batterie d’un nouveau genre. Les accumulateurs actuels, généralement de type lithium-ion, sont rigides et lourds. Dans un contexte où l’industrie développe de plus en plus d’appareils électroniques flexibles, comme les smartphones pliables ou les vêtements, les scientifiques sont parvenus à remplacer les éléments qui constituent habituellement une batterie par des matériaux élastiques.

Les chercheurs ont présenté leur batterie, actuellement sous forme de prototype, dans une vidéo. Contrairement à toute batterie existante, elle peut être tordue, pliée et même étirée, ce qui promet enfin une source d’énergie compatible avec les nouveaux formats d’appareils ou de circuits électroniques flexibles.

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Un électrolyte à base d’eau

La batterie diffère grâce un nouvel électrolyte, la substance conductrice qui relie l’anode et la cathode de la batterie, le plus souvent à l’état liquide. Il s’agit d’un gel à base d’eau, avec un sel de lithium très concentré qui améliore non seulement la conductivité lors de la charge ou la décharge, mais empêche également la décomposition électrochimique de l’eau. Ce nouvel électrolyte promet également des batteries plus respectueuses de l’environnement, celles utilisées habituellement étant très toxiques et hautement inflammables.

Les chercheurs ont combiné ce gel à d’autres matériaux flexibles pour créer leur batterie, associés en plusieurs couches comme un sandwich. Les collecteurs de courant pour l’anode et la cathode sont constitués d’un polymère composite flexible qui contient du carbone conducteur et qui constitue également la coque. Ils ont recouvert la face interne du polymère avec des flocons d’argent de la taille d’un micron qui se chevauchent à la manière des tuiles sur un toit. Cela leur permet de rester en contact malgré les déformations du polymère et d’assurer la conductivité à l’intérieur de la batterie.

Ce qui fait la particularité de cette nouvelle batterie, c’est son électrolyte, cette partie de la batterie par laquelle les ions lithium passent lorsqu’elle est chargée ou déchargée © ETH Zurich

Une batterie sans danger en cas de fuite

La présence du carbone permettra au courant de passer au travers le polymère dans des cas extrêmes où le contact entre les flocons d’argent serait rompu, même si la conductivité sera moins bonne. L’anode et la cathode sont constituées de poudres qui ont été pulvérisées sur la couche d’argent.

Dans le cas de l’anode, il s’agit d’oxyde de vanadium, tandis que la cathode utilise un oxyde de lithium et de manganèse. Les deux couches de polymère, l’un contenant une face avec l’anode, l’autre avec la cathode, sont ensuite séparées par une couche sous forme de cadre avec un trou au milieu rempli du gel électrolyte.

Les différentes couches du prototype actuel sont fixées entre elles grâce à une colle qui permet de démontrer l’élasticité de la batterie. Cependant, les chercheurs devront la remplacer à terme, comme l’explique Markus Niederberger, professeur à l’EPFZ : « Si nous voulons commercialiser la batterie, nous devrons trouver un autre processus qui la gardera fermée hermétiquement plus longtemps ».

L’équipe imagine déjà de nombreuses applications, comme dans des écrans enroulables pour ordinateurs, des smartphones pliables ou même la possibilité de coudre la batterie directement dans des vêtements connectés. De plus, si la batterie est endommagée, tout liquide qui fuit sera sans danger.