fr.wedoany.com Rapport : Une équipe de recherche de l'Université du Texas à El Paso (The University of Texas at El Paso) a développé une méthode permettant de fabriquer des électrolytes polymères sous forme de gel de toutes formes à l'aide de l'impression 3D. Cette technologie permet d'intégrer directement les dispositifs de stockage d'énergie dans les équipements alimentés par les batteries, repoussant les limites de taille des batteries rechargeables standard.

L'étude a été publiée dans la revue Communications Engineering du groupe Nature. L'électrolyte polymère sous forme de gel est chargé de transporter les ions entre les électrodes de la batterie. Les électrolytes liquides traditionnels doivent être scellés dans des boîtiers rigides, ce qui limite la forme des batteries et présente des risques de fuite. L'équipe de l'UTEP a combiné une résine photodurcissable avec un électrolyte liquide à base de lithium, et a utilisé la technologie de photopolymérisation en cuve (vat photopolymerization) pour durcir couche par couche, réussissant ainsi à préparer un matériau gel imprimable.

La conductivité ionique du matériau imprimé atteint 3,4 × 10⁻³ siemens par centimètre, comparable à celle des électrolytes fabriqués par des méthodes traditionnelles et proche du niveau de l'électrolyte liquide qu'il remplace. L'étude a déterminé que le rapport optimal entre la résine et l'électrolyte est de 1:4, un équilibre entre les performances électrochimiques et la fiabilité de l'impression.

L'équipe a réalisé l'impression de l'électrolyte dans l'air ambiant ordinaire du laboratoire, et les propriétés du matériau sont restées stables. Les chercheurs ont imprimé des disques simples, des treillis alvéolaires ouverts et des cubes pleins d'un centimètre, démontrant la flexibilité de mise en forme des batteries dans les futurs dispositifs portables, équipements médicaux ou composants aérospatiaux.

« Pendant des années, la forme de la batterie a déterminé la forme de l'équipement qu'elle alimente », a déclaré le Dr Alexis Maurel, chercheur principal de l'étude et professeur au département de métallurgie, matériaux et génie biomédical de l'UTEP. « Nous prouvons que vous pouvez imprimer des composants de batterie à électrolyte haute performance de n'importe quelle forme et les placer presque partout où vous le souhaitez. Cela change l'espace d'imagination des concepteurs. »

L'étude a également révélé l'influence du choix du solvant sur l'imprimabilité et le comportement de la batterie, une question qui n'avait pas été suffisamment examinée dans les recherches précédentes. Une formulation a montré une excellente stabilité lors de tests répétés, indiquant à l'équipe la direction de recherche la plus prometteuse.

« Cette étude montre comment la fabrication avancée et les technologies énergétiques peuvent fusionner pour créer des possibilités entièrement nouvelles pour la conception de batteries », a commenté le Dr Kenith Meissner, doyen de l'École d'ingénierie Miguel A. Loya. « En développant une méthode évolutive pour imprimer en 3D des électrolytes de batterie sous presque toutes les formes, le Dr Maurel et ses collaborateurs aident l'UTEP à rester à la pointe de la recherche sur les batteries de nouvelle génération, tout en offrant à nos étudiants une expérience pratique des technologies essentielles pour l'avenir de l'aérospatiale, des transports et de la fabrication avancée. »

L'étude, dirigée par l'UTEP, a été réalisée en collaboration avec les Laboratoires nationaux Sandia (Sandia National Laboratories). L'équipe prévoit d'optimiser la formulation et d'intégrer ces électrolytes imprimés dans des cellules de batterie complètes. Cette recherche fait partie du portefeuille de projets du Dr Maurel axé sur l'impression 3D de batteries, qui comprend également une subvention de développement de la main-d'œuvre du programme d'expériences de recherche pour les étudiants de premier cycle de la National Science Foundation (National Science Foundation's Research Experiences for Undergraduates), offrant des stages d'été rémunérés et intensifs en recherche aux étudiants des deux établissements, établissant un partenariat entre l'UTEP et l'Université Texas A&M (Texas A&M University).