Votre prochaine batterie pourrait être imprimée sur papier

Le tumulte de la chaîne d'approvisionnement semble être partout, s'étendant des semi-conducteurs à une gamme de matières premières. Avec les fluctuations des prix des matières premières et des ressources naturelles face aux événements géopolitiques, et avec la demande croissante pour les véhicules électriques, le monde pourrait connaître une pénurie de lithium d'ici 2025 (selon une évaluation de l'Agence Internationale de l'Énergie). Face à la demande croissante de lithium, les chercheurs dans le milieu académique et industriel ont exploré des matériaux alternatifs pour les batteries afin de surmonter ces défis.

L'un des développements les plus intéressants a été réalisé par des chercheurs des Laboratoires fédéraux suisses pour la science et la technologie des matériaux (Empa). Les résultats de la recherche ont été publiés dans un numéro récent de Nature. Ils ont annoncé un matériau de batterie innovant activé par l'eau et imprimable sur une feuille de papier. En théorie, ce matériel électrochimiquement actif pourrait être imprimé sur n'importe quel substrat, tel qu'un isolant flexible comme le plastique.

Bien que personne ne suggère l'utilisation de batteries en papier pour les véhicules électriques, le matériau peut délivrer jusqu'à 1,2 V dans une cellule unique (comparable aux chimies de batteries Ni-MH). Par conséquent, des piles de ce type de matériel pourraient être utilisées comme une petite batterie jetable pour l'électronique portable ou d'autres petits appareils. Ce n'est pas la solution magique pour les pénuries de lithium, mais ces matériaux alternatifs pourraient permettre de détourner le lithium vers des domaines beaucoup plus critiques comme les VE.

Un Matériau de Batterie à Base d'Encre

Le matériel développé par les chercheurs de l'Empa est en fait un matériau stratifié à base de carbone qui implique du graphite, du noir de carbone, du zinc comme anode, et du sel. La chimie à base de carbone et de sel peut être activée avec l'application d'eau, comme décrit ci-dessous. La structure stratifiée de ce matériau de batterie est montrée dans le graphique ci-dessous.

Les couches supérieure et inférieure de graphite + noir de carbone agissent comme les couches actives qui participent à la réaction électrochimique de la batterie. Lorsqu'elles sont recouvertes de sel et exposées à l'eau, la réaction électrochimique résultante peut provoquer le passage du courant à travers un circuit connecté.

Cette découverte particulière n'est pas un système viable, c'est seulement une démonstration d'une nouvelle chimie qui produit suffisamment d'énergie pour alimenter de petits appareils électroniques. La sortie de puissance étant compatible avec les batteries Ni-MH et alcalines montre que le matériau est viable d'un point de vue électrochimique. L'aspect commercial est une autre affaire, comme je le détaille ci-dessous.

Est-ce donc un remplacement pour les chimies de batteries standard que nous connaissons tous ? Probablement pas, mais les matériaux à base de carbone sont utilisés dans les chimies à base de Li comme matériau d'anode, offrant plusieurs avantages pour les systèmes électrifiés.

Matériaux Alternatifs Attrayants, Mais Longue Mise en Œuvre

Bien que les matériaux de batterie alternatifs destinés à substituer totalement les chimies existantes (y compris le lithium) soient un sujet de recherche en cours, cette voie a un long chemin à parcourir et le chemin vers la commercialisation est semé de risques. Par conséquent, l'industrie des matériaux pour batteries s'est concentrée sur les améliorations de la conception des batteries, y compris l'utilisation de matériaux similaires qui améliorent le fonctionnement des batteries sans changer la chimie des batteries.

Pourquoi devrions-nous nous soucier des changements de chimie des batteries ? Du point de vue de la durabilité et de l'assurance que la demande d'électrification peut être satisfaite, trouver une chimie alternative comparable au lithium est une avenue attrayante. Le problème vient de la commercialisation : les chimies à base de Li et autres chimies à base de métaux sont bien comprises et ont déjà été qualifiées d'un point de vue sécurité. Cela rend la construction sur la base des chimies fondamentales à base de Li une option attrayante d'un point de vue risque et responsabilité. Si une nouvelle chimie est développée et qu'il existe un chemin vers la commercialisation, cette nouvelle chimie devra démontrer un certain niveau de conformité réglementaire ainsi que la preuve de fiabilité pour les clients.

Pour ces raisons, l'accent récent parmi les développeurs de matériaux pour l'industrie des batteries a été mis sur l'utilisation de matériaux en carbone pour des améliorations incrémentielles au sein des conceptions de batteries existantes. Les concepteurs de batteries peuvent tirer parti des connaissances existantes en matière de fabrication, de test et de contrôle de qualité des batteries dans ces nouvelles conceptions de batteries tout en bénéficiant des avantages de la chimie à base de carbone.

Certains des principaux avantages des matériaux à base de carbone utilisés dans les chimies de batteries existantes incluent :

Un des principaux matériaux à base de carbone développés pour améliorer les batteries Li-ion est le graphite fonctionnalisé, qui peut être facilement fabriqué et utilisé pour construire des anodes pour les systèmes de batteries Li-ion. Un autre matériel à base de carbone est les nanotubes de carbone, qui bénéficient de leur transport de charge balistique élevé le long de la direction axiale. Lorsqu'incorporés dans les systèmes de batteries, ces matériaux offrent des taux de charge/décharge et des capacités supérieurs dans une chimie de batterie déjà fiable.

Au fur et à mesure que davantage de ces systèmes de batteries arrivent sur le marché et que les concepteurs peuvent les intégrer dans leurs systèmes, assurez-vous d'utiliser les fonctionnalités de recherche avancée et de filtration sur Octopart pour trouver tous les composants avancés dont vous avez besoin pour les systèmes électrifiés. Lorsque vous utilisez le moteur de recherche électronique d'Octopart, vous aurez accès aux données de prix des distributeurs à jour, à l'inventaire des pièces et aux spécifications des pièces, et tout est librement accessible dans une interface conviviale. Jetez un œil à notre page de circuits intégrés pour trouver les composants dont vous avez besoin.

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