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Batteries en papier : de plus en plus étonnantes !

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Déformables, économiques, efficaces et même écologiques : des batteries en polymère et en cellulose (produite par des algues) semblent de bons candidats - encore au stade du laboratoire - pour alimenter toutes sortes de petits appareils ou d'afficheurs, par exemple inclus dans des vêtements ou des emballages.

Des fibres de cellulose (A) sont individuellement enduites d'une très fine couche de polypyrrole (B). On obtient une feuille dont deux exemplaires sont appliqués de part et d'autre d'un filtre en papier classique imbibé d'un électrolyte (C). Avec deux électrodes, ici des feuilles de platine, on obtient une curieuse batterie. © Gustav Nyström et al., / Nano Letters

Une équipe suédoise vient de décrire une batterie souple, ultrafine et bon marché réalisée en polymères, plus précisément en polypyrrole, dont les performances deviennent de bonne tenue, en particulier le temps de recharge, très court. « Deviennent » car depuis longtemps des équipes cherchent un peu partout dans le monde à réaliser des batteries en matière plastique, donc sans pièces métalliques, qui seraient faciles à fabriquer et en même temps efficaces. La réussite serait la promesse de batteries de formes quelconques, voire souples, qui conviendraient à des petits appareils ou à de l'électronique embarquée.

Mais la réalisation d'une telle batterie aux performances suffisantes et au coût de fabrication acceptable reste une longue quête, qui s'apparente parfois à la cuisine, tant les recettes imaginées par les chercheurs sont variées et originales.

Le polypyrrole, un polymère conducteur d'électricité, avait déjà été essayé pour ce genre de réalisation mais les performances sont toujours restées bien en deçà de la limite acceptable. Sans renoncer au métal, des chercheurs allemands de l'Institut Fraunhofer sont parvenus à réaliser une curieuse batterie imprimable. Certains ont exploré la piste d'un autre matériau souple, la cellulose, cette longue molécule qui compose le papier. En 2007, une équipe américaine avait déjà présenté un prototype de batterie en papier, enduite d'un côté de nanotubes de carbone et de l'autre de lithium.

Bientôt des batteries en forme de feuilles géantes ?

Deux équipes de la Uppsala Universitet ont conjugué deux de ces voies en étalant une couche extrêmement fine de polypyrrole, de 50 nanomètres d'épaisseur, sur des fibres de cellulose. Ce polymère n'est pas appliqué sur une couche de papier mais, individuellement, sur chacune des fibres.

La cellulose, de plus, est particulière. Les chercheurs suédois l'ont réalisée à partir d'une algue verte et ont obtenu un matériau à grande porosité, un paramètre déterminant, qui conduit à une surface spécifique de 80 mètres carrés par gramme. Deux couches de ce matériau composent les deux électrodes, plaquées sur une épaisseur de papier imbibée de chlorure de sodium, jouant le rôle de l'électrolyte.

Les chercheurs indiquent avoir ainsi atteint une charge électrique de 600 milli-ampères (mA) par centimètre carré. Au total, ces batteries en papier pourraient offrir, selon les auteurs, une charge de 25 à 33 mAh (mA.heure) par gramme, ce qui les rend commercialement intéressantes.

De plus elles se rechargent très vite et ne contiennent pas de matériaux dangereux pour la santé ou l'environnement, comme les métaux lourds des batteries traditionnelles. Elles pourraient constituer des moyens de stockage d'énergie « propres, légers et bon marché », qui pourraient prendre place dans des vêtements ou des emballages, par exemple, mais aussi, ajoutent-ils, « extensibles ».

L'une des possibilités imaginables, en effet, serait la réalisation de batteries de très grandes tailles, pourquoi pas de plusieurs mètres carrés, qui pourraient à faible coût fournir une puissance électrique conséquente.

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