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Portuguese La batterie lithium-ion extensible 2024 ouvre de nouvelles perspectives technologiques
Table des matières
- La batterie lithium-ion extensible 2024 ouvre de nouvelles perspectives technologiques
- Batterie lithium-ion extensible : une nouvelle ère dans la technologie portable
- Batterie lithium-ion extensible : innovations et applications
- Innovations dans la technologie des batteries lithium-ion extensibles
- Batterie lithium-ion extensible : applications et perspectives du marché
- Conclusion
- En savoir plus sur la batterie
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La batterie lithium-ion extensible représente une innovation majeure dans le domaine des technologies portables. Conçues pour être flexibles et durables, ces batteries sont idéales pour un large éventail d'applications, des montres connectées aux dispositifs médicaux. Face à la demande croissante en électronique extensible, 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 extensibles batteries lithium-ion Le marché des batteries extensibles a été évalué à 175,7 millions de livres sterling (TP4T). Ce marché devrait connaître une croissance rapide de 23,01 millions de livres sterling (TP3T) sur la période de prévision. La demande croissante de batteries extensibles pour les appareils portables tels que les montres connectées et les téléphones est un facteur majeur de cette croissance. Ces batteries sont essentielles pour alimenter les appareils adaptatifs nécessitant une certaine flexibilité, notamment en étant pliables, torsadables et ultra-minces pour résister aux déformations mécaniques pendant l'utilisation.
Applications et avantages
Les composants électroniques extensibles, notamment ces batteries avancées, jouent un rôle essentiel dans l'amélioration des fonctionnalités et de l'expérience utilisateur des technologies portables. 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 résister à la flexion, à l'étirement et à d'autres forces mécaniques, ce qui les rend plus durables que les batteries rigides traditionnelles. Cette durabilité accrue est particulièrement avantageuse pour les appareils portables soumis à des mouvements et des flexions réguliers.
Progrès technologiques
Les récentes avancées technologiques dans le domaine 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 d'appareils portables souples utilisés en milieu urbain a suscité un intérêt pour la création de batteries aux 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 lithium souple, mécaniquement déformable et extensible, adaptée aux appareils portables. Elle a testé son potentiel en l'imprimant 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 du commerce fonctionnant à 3,3 V ou plus.
Défis et considérations
Malgré les avancées prometteuses, le marché présente des défis. La torsion répétée des batteries flexibles peut provoquer des fissures dans les couches d'électrodes, entraînant la dégradation des matériaux actifs et freinant la croissance du marché. Ce problème provient principalement de la faible adhérence entre les matériaux d'électrodes et les collecteurs de courant. De plus, une torsion continue peut augmenter la résistance interne de la batterie, affectant ainsi ses performances. Le bloc-batterie lui-même suscite également des inquiétudes ; par exemple, les films plastiques en aluminium utilisés dans les batteries lithium standard peuvent se froisser dans les batteries flexibles, ce qui peut entraîner des fuites en cas de perforation des couches d'électrodes.
Batterie lithium-ion extensible : innovations et applications
La « batterie à gelée » 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 baptisée « batterie gélifiée » en raison de sa conception unique. Cette batterie imite la structure stratifiée des tissus de l'anguille électrique, qui est à la fois 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, des réseaux polymères contenant plus de 601 TP3T d'eau. Ces structures peuvent s'étirer et reprendre leur forme initiale sans perdre leur fonctionnalité.
Extensibilité et résilience exceptionnelles
L'étude décrit la création d'un réseau polyionique supramoléculaire présentant une extensibilité élevée (> 1500%), une compressibilité élevée (> 90%) et une auto-récupération rapide. Grâce aux liaisons réversibles formées par les molécules du composé, les couches de la batterie gélifiée présentent une forte adhérence.
L'article note : « La réticulation supramoléculaire permet aux échantillons stratifiés de s'allonger de plus de dix fois leur longueur initiale avant de se rompre à l'interface. » Oren Scherman, professeur et directeur du Laboratoire Melville pour la synthèse des polymères, a souligné la personnalisation des hydrogels pour correspondre aux propriétés mécaniques des tissus humains.
Applications médicales potentielles
L'équipe de l'Université de Cambridge a proposé que leur batterie gélifiée puisse être implantée dans le cerveau pour l'administration de médicaments ou le traitement de maladies comme l'épilepsie. Les hydrogels, exempts de composants métalliques rigides, sont moins susceptibles d'être rejetés par l'organisme ou de provoquer une cicatrisation. De plus, ils présentent une résistance remarquable, résistant à la déformation permanente sous compression et s'auto-réparant en cas de dommage.
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 offertes par les objets connectés, les applications IoT, les smartphones flexibles et les interfaces cerveau-ordinateur (ICC).
Innovations dans la technologie des batteries lithium-ion extensibles
Grande flexibilité et durabilité
Une équipe de l'Université de Nanjing, en Chine, a développé une batterie lithium-ion extensible qui conserve un rendement élevé après 70 cycles de charge et peut atteindre 5000%. Cette innovation répond à la demande croissante de batteries pour l'électronique extensible, garantissant flexibilité et durabilité. Les moniteurs de santé portables et autres appareils électroniques flexibles requièrent ces caractéristiques déformables.
Progrès structurels
Lorsqu'on pense aux batteries, on ne les imagine généralement pas flexibles. Pourtant, pour que les composants électroniques extensibles fonctionnent efficacement, les batteries doivent également pouvoir se plier et s'étirer. La plupart des tentatives de création de telles batteries ont consisté à plier des pièces rigides pour obtenir des formes extensibles ou à utiliser des tissus conducteurs tissés. Mais pour une batterie véritablement extensible, chaque composant – les électrodes qui collectent la charge et la couche d'électrolyte intermédiaire qui équilibre la charge – doit être élastique.
Processus de fabrication
Pour fabriquer les électrodes d'une batterie entièrement élastique, l'équipe a appliqué sur une surface plane une fine couche de pâte conductrice contenant des nanofils d'argent, du noir de carbone et des matériaux à base de lithium. Elle a ensuite ajouté une couche de polydiméthylsiloxane (PDMS), un matériau flexible souvent utilisé dans les lentilles de contact. Elle a ensuite ajouté des sels de lithium, un liquide hautement conducteur et des ingrédients pour former un polymère élastique. Sous l'effet de la lumière, ces composants se sont liés pour former une couche de caoutchouc robuste capable de s'étirer jusqu'à 5000% de sa longueur initiale et de conduire les ions lithium. L'ensemble a ensuite été scellé avec un autre film d'électrode et protégé par une couche extérieure.
Comparaison des performances
La nouvelle batterie solide extensible a nettement surpassé les conceptions traditionnelles à électrolytes liquides. Sa capacité de charge moyenne a été multipliée par six lors d'une charge rapide et sa capacité est restée stable sur 67 cycles de charge-décharge. Dans d'autres prototypes utilisant des électrodes solides, l'électrolyte polymère est resté stable sur 1 000 cycles, avec une baisse de capacité de seulement 11 TP3T au cours des 30 premiers cycles, contre 161 TP3T pour les batteries à électrolyte liquide.
