fr.wedoany.com Rapport : Une équipe de recherche de l'Université de Californie à Los Angeles (UCLA) a utilisé la fabrication additive pour produire une électrode en carbone imprimée en 3D, capable d'augmenter de plus de sept fois la capacité de charge des batteries hybrides zinc-ion par rapport aux dispositifs similaires existants.
Cette étude, publiée dans la revue Small, introduit également une batterie de test imprimée en 3D visant à améliorer la cohérence des mesures de performance dans la recherche sur le stockage d'énergie. La batterie développée par l'équipe est un dispositif hybride dont une borne fonctionne comme un composant de stockage de charge des batteries lithium-ion classiques, tandis que l'autre utilise une électrode en carbone similaire à celle des supercondensateurs. Les supercondensateurs, dispositifs de stockage d'énergie à charge et décharge rapides et pouvant fonctionner pendant des décennies, ont pour principale limitation que l'énergie ne peut être stockée qu'à la surface des électrodes, ce qui limite la capacité globale.
Pour surmonter cette limitation, l'équipe de l'UCLA a utilisé un procédé d'impression par résine laser ultraviolet pour fabriquer une électrode en carbone à structure interne en nid d'abeille ou en éponge, parsemée de milliards de micropores. Après impression, l'électrode a été chauffée et dégazée, ne laissant que du carbone conducteur à pores ouverts, puis chargée d'oxyde de vanadium par un processus chimique. La surface résultante est immense : un gramme de matériau d'électrode, s'il était étalé, couvrirait environ dix terrains de tennis. Ric Kaner, co-auteur correspondant et professeur émérite de chimie, biochimie, science et génie des matériaux à l'UCLA, a déclaré que cette méthode permet de construire couche par couche n'importe quel échafaudage 3D et de contrôler la microstructure, et que l'immense surface interne créée par les nombreux micropores signifie qu'une grande quantité de charge peut être stockée.
Outre l'augmentation de la densité énergétique, le dispositif conserve 82 % de sa capacité après 1 500 cycles de charge-décharge. L'équipe a également souligné que le zinc est environ 100 fois plus abondant que le lithium, et relativement plus facile à extraire et à recycler, ce qui en fait un matériau chimique de batterie plus durable que le lithium. Maher El-Kady, co-auteur correspondant et chercheur adjoint au département de chimie et biochimie de l'UCLA, a indiqué que l'avenir du stockage d'énergie ne sera pas défini par une seule technologie, et que le dispositif hybride zinc-ion fourni par cette étude, capable de stocker une capacité près d'un ordre de grandeur supérieure, peut compléter les options actuelles de stockage d'énergie à l'échelle du réseau.
L'étude a également introduit une batterie de test imprimée en 3D visant à améliorer les dispositifs à bécher ouverts couramment utilisés dans les laboratoires de stockage d'énergie. Les batteries de test en verre standard du commerce coûtent 1 000 dollars ou plus, ce qui pousse la plupart des équipes de recherche à utiliser des béchers, qui permettent l'évaporation de l'électrolyte et introduisent des variabilités dans le positionnement des électrodes, affectant la précision des mesures. La batterie imprimée de l'équipe de l'UCLA est dotée d'un couvercle scellé et de rainures fixes pour les électrodes. Lors des tests, l'électrode en carbone standardisée a conservé 98 % de sa charge après 1 500 cycles dans la batterie imprimée, tandis que dans un dispositif à bécher ouvert classique, elle a échoué en moins de 100 cycles. Sophia Uemura, première auteure et docteure récemment diplômée de l'UCLA, a déclaré que ce concept aide les chercheurs à obtenir des mesures plus cohérentes et des données fiables, et que l'accessibilité de l'impression 3D signifie que toute personne possédant une imprimante 3D peut fabriquer une batterie de test similaire et l'adapter à ses propres travaux. Cette étude a été menée en collaboration avec des scientifiques de l'Université nationale Tsing Hua à Taïwan.
