Un projet dirigé par l’Université de Glasgow a produit une batterie imprimée en 3D qui pourrait être plus écologique que les équivalents lithium-ion actuels.
Une équipe d’ingénieurs dirigée par l’Université de Glasgow a développé un nouveau type de batterie imprimée en 3D qui utilise des électrodes à base d’amidon végétal. Les chercheurs affirment qu’il pourrait fournir aux appareils mobiles une source d’alimentation plus respectueuse de l’environnement et de plus grande capacité que les équivalents lithium-ion actuels.
Les batteries au lithium-ion sont utilisées dans une large gamme d’appareils, y compris les smartphones, les ordinateurs portables et les véhicules électriques, et peuvent supporter plusieurs cycles de charge et de décharge. Une électrode positive, généralement constituée de lithium cobalt ou de lithium fer phosphate, fait passer les ions lithium à travers un électrolyte vers l’électrode négative, qui est constituée de lithium métal.
« Les batteries lithium-ion ont leurs propres problèmes de durabilité, il est donc important que nous cherchions de nouvelles façons de les rendre meilleures et plus respectueuses de l’environnement »
– DR SHANMUGAM KUMAR
Les ions lithium sont stockés dans l’électrode négative lorsque la batterie est chargée. Lorsque la batterie est utilisée, les ions circulent dans la direction opposée et génèrent de l’énergie pour alimenter les appareils par une réaction électrochimique.
Les batteries lithium-ion actuellement sur le marché ont des électrodes épaisses qui limitent la quantité d’énergie qu’elles peuvent stocker et libérer. Ils limitent la diffusion des ions lithium à travers l’électrode et sont également plus sujets à la fissuration, ce qui signifie que la batterie ne peut plus être utilisée.
Dans le but de surmonter ces restrictions, l’équipe d’ingénieurs a introduit de minuscules trous à l’échelle nanométrique et micrométrique dans les électrodes de leur conception de batterie. Cela a augmenté la surface des électrodes sans changer les dimensions externes de la batterie.
Les pores ont été ajoutés grâce à l’impression 3D, ce qui a permis à l’équipe de contrôler étroitement leur taille et leur placement. Les chercheurs ont utilisé un matériau qu’ils ont développé combinant de l’acide polylactique, du phosphate de lithium-fer et des nanotubes de carbone. L’acide polylactique est un matériau biodégradable transformé à partir de l’amidon de maïs, de canne à sucre et de betterave à sucre, ce qui rend la batterie recyclable et plus durable.
‘Un nouveau métamatériau’
Le Dr Shanmugam Kumar, de la James Watt School of Engineering de l’Université de Glasgow, a dirigé la recherche avec des collègues de l’Université Khalifa des sciences et de la technologie d’Abu Dhabi et de la Texas A&M University et de l’Arizona State University aux États-Unis.
«Les batteries lithium-ion sont de plus en plus courantes dans la vie de tous les jours et devraient continuer à augmenter dans l’ubiquité à mesure que nous nous dirigeons vers plus d’électrification des transports et un monde plus durable», a déclaré Kumar. «Cependant, les batteries lithium-ion ont leurs propres problèmes de durabilité, il est donc important que nous cherchions de nouvelles façons de les rendre meilleures et plus respectueuses de l’environnement.
«Le processus d’impression 3D que nous avons utilisé dans cette recherche nous donne un contrôle remarquable sur la porosité des électrodes, nous permettant de concevoir très précisément un nouveau métamatériau capable de combler certaines des lacunes de la génération actuelle de lithium-ion batteries.
«Ce sont des premiers résultats prometteurs, et nous souhaitons continuer à explorer les possibilités qu’offrent ces types de matériaux micro-architecturés pour créer des batteries meilleures et plus recyclables pour les futurs consommateurs.»
Le document de recherche a été publié dans le Journal of Power Sources.
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