La batterie lithium-ion extensible 2024 ouvre de nouveaux domaines technologiques
La batterie lithium-ion extensible représente une innovation significative dans le domaine de la technologie portable. Ces batteries sont conçues pour être flexibles et durables, ce qui les rend idéales pour un large éventail d'applications, des montres intelligentes aux appareils médicaux. Alors que la demande d’électronique extensible continue de croître, ces batteries avancées sont appelées à jouer un rôle crucial dans l’avenir de l’électronique grand public et des technologies de santé.

Batterie lithium-ion extensible : une nouvelle ère dans la technologie portable
Aperçu du marché
En 2022, le marché mondial des produits extensiblesbatteries lithium-ionétait évalué à 175,7 millions de dollars. Ce marché devrait croître rapidement au rythme de 23,0 % sur la période de prévision. La demande croissante de batteries extensibles dans les appareils portables tels que les montres intelligentes et les téléphones est un facteur majeur de cette croissance. Ces batteries sont essentielles pour alimenter les appareils adaptatifs qui nécessitent de la flexibilité, par exemple en étant pliables, en torsion et ultra-minces pour résister à la déformation mécanique pendant l'utilisation.
Applications et avantages
L'électronique extensible, y compris ces batteries avancées, joue un rôle essentiel dans l'amélioration de la fonctionnalité et de l'expérience utilisateur de la technologie portable. Leur conception légère et compacte les rend idéales pour les appareils portables, leur permettant de s'intégrer dans les espaces disponibles et de réduire le poids et la taille des produits. Ces batteries sont spécialement conçues pour supporter la flexion, l'étirement et d'autres forces mécaniques, ce qui les rend plus durables que les batteries rigides traditionnelles. Cette durabilité améliorée est particulièrement bénéfique pour les appareils portables qui subissent des mouvements et des flexions réguliers.
Les avancées technologiques
Les progrès récents dans la technologie des batteries lithium-ion extensibles devraient stimuler la croissance du marché. La demande croissante de dispositifs portables avancés, d'appareils électroniques implantables tels que les stimulateurs cardiaques et de dispositifs portables souples utilisés en milieu urbain a suscité l'intérêt pour la création de batteries ayant des propriétés similaires à celles de la peau et des organes humains. Par exemple, en mars 2022, une équipe de recherche coréenne a développé une batterie au lithium souple, mécaniquement déformable et extensible, adaptée aux appareils portables. Ils ont testé son potentiel en imprimant la batterie sur des vêtements. Cette batterie intègre des matériaux lithium-ion existants et atteint une densité de stockage d'énergie d'environ 2,8 mWh/cm², comparable aux batteries lithium-ion rigides disponibles dans le commerce fonctionnant à 3,3 V ou plus.
Défis et considérations
Malgré les avancées prometteuses, le marché reste confronté à des défis. La torsion répétée des batteries flexibles peut provoquer des fissures dans les couches d’électrodes, entraînant la rupture des matériaux actifs et entravant la croissance du marché. Ce problème provient principalement de la force d’adhésion limitée entre les matériaux des électrodes et les collecteurs de courant. De plus, une torsion continue peut augmenter la résistance interne de la batterie, affectant ainsi ses performances. Il existe également des inquiétudes concernant la batterie elle-même ; par exemple, les films plastiques en aluminium utilisés dans les batteries au lithium standard peuvent se froisser dans les batteries flexibles, provoquant potentiellement des fuites si les couches d'électrodes sont percées.
Batterie lithium-ion extensible : innovations et applications
La « Jelly Batterie » de l'Université de Cambridge
Au Royaume-Uni, des chercheurs de l’Université de Cambridge ont développé une nouvelle batterie lithium-ion extensible inspirée des anguilles électriques. Ils l’ont surnommée « batterie gelée » en raison de sa conception unique. Cette batterie imite la structure en couches du tissu de l'anguille électrique, qui est flexible et conductrice.
L'auteur principal, Stephen O'Neill, a déclaré dans un communiqué de presse : « Concevoir un matériau à la fois hautement extensible et hautement conducteur est un défi car ces propriétés sont généralement contradictoires. » La batterie de l'équipe de Cambridge utilise des hydrogels, qui sont des réseaux polymères contenant plus de 60 % d'eau. Ces structures peuvent s'étirer et reprendre leur forme originale sans perdre leur fonctionnalité.
Extensibilité et résilience exceptionnelles
L'étude a décrit la création d'un réseau de polyions supramoléculaires présentant une extensibilité élevée (> 1 500 %), une compressibilité (> 90 %) et une auto-récupération rapide. En raison des liaisons réversibles formées par des molécules composées, les couches de la batterie gelée ont une forte adhérence.
L’article note : « La réticulation supramoléculaire permet aux échantillons en couches de s’allonger plus de dix fois leur longueur initiale avant de se briser à l’interface. » Oren Scherman, professeur et directeur du Laboratoire de Melville pour la synthèse des polymères, a souligné la possibilité de personnaliser les hydrogels pour qu'ils correspondent aux propriétés mécaniques des tissus humains.
Applications médicales potentielles
L'équipe de l'Université de Cambridge a proposé que leur batterie de gelée puisse être implantée dans le cerveau pour administrer des médicaments ou pour traiter des maladies comme l'épilepsie. Les hydrogels, exempts de composants métalliques rigides, sont moins susceptibles d'être rejetés par l'organisme ou de provoquer une accumulation de tissu cicatriciel. De plus, les hydrogels présentent une ténacité remarquable, résistant à la déformation permanente sous compression et s’auto-réparant lorsqu’ils sont endommagés.
Implications plus larges
Le développement de ces technologies est une priorité mondiale. Le Forum économique mondial a classé les batteries flexibles parmi les « dix principales technologies émergentes de 2023 ». Ces avancées devraient élargir les possibilités des appareils portables, des applications IoT, des smartphones flexibles et des interfaces cerveau-ordinateur (BCI).