Des piles papier sur les cartes pour alimenter l’IoT et les étiquettes intelligentes

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  • Des scientifiques suisses ont mis au point une batterie en papier qui libère sa charge lorsqu’elle est éclaboussée d’eau.

    Les développeurs affirment qu’il pourrait s’agir d’une nouvelle solution pour alimenter des appareils électroniques jetables tels que des étiquettes intelligentes pour le suivi d’objets, des capteurs environnementaux et des appareils de diagnostic médical.

    Photographie d’une batterie de papier imprimée au pochoir avec un dessin qui épelle le nom de notre institut de recherche (Empa). La batterie peut faire fonctionner des appareils électroniques à faible consommation comme le réveil à affichage à cristaux liquides (LCD) illustré sur cette photo. Illustration: Nystrom et al (Cliquez pour agrandir)

    Gustav Nyström, chef du Laboratoire des matériaux en bois appliqués au Laboratoire fédéral suisse pour la science et la technologie des matériaux (Empa), a travaillé avec ses collègues pour produire la batterie à cellule unique fabriquée à partir d’un morceau de papier d’un centimètre carré imprégné de sel de chlorure de sodium. .

    Trois encres sont imprimées sur le papier. D’un côté, les chercheurs ont imprimé de l’encre contenant des flocons de graphite pour former une borne positive ou cathode. De l’autre côté, l’encre contenant de la poudre de zinc constitue l’extrémité négative ou anode du dispositif de stockage d’énergie.

    Une troisième encre, contenant des flocons de graphite et du noir de carbone, est imprimée sur les deux faces du papier, au-dessus des deux autres encres, formant une connexion entre chaque extrémité de la batterie et deux fils. Les extrémités connectées de la batterie sont imprégnées de cire pour éviter les réactions électrochimiques des fils conducteurs et pour assurer la stabilité mécanique.

    Pour récolter l’énergie électrique de l’appareil, un opérateur doit introduire une petite quantité d’eau dissolvant le sel dans le papier et libérant ainsi des ions chargés qui se dispersent à travers le papier, provoquant la libération d’électrons par l’anode à encre de zinc. En fixant les fils à un appareil électrique, l’opérateur peut fermer le circuit. Les électrons passent de l’anode à la cathode via l’encre de liaison graphite et noir de carbone, les fils et le dispositif qui est alimenté par la décharge.

    Ne vous attendez pas à ce qu’il alimente une perceuse sans fil. Vingt secondes après avoir ajouté deux gouttes d’eau la batterie atteint un 1,2 volt stable, soit un peu moins de 1,5 volt d’une pile AA. La charge dure environ une heure, après quoi le papier sèche. Les utilisateurs peuvent obtenir une autre heure à 0,5 volt en ajoutant quelques gouttes d’eau supplémentaires.

    « Au cours des dernières décennies, nous avons été témoins d’une utilisation sans cesse croissante des appareils électroniques, ce qui a fait que les déchets électroniques (e-déchets) sont devenus le flux de déchets à la croissance la plus rapide au monde. L’atténuation des risques environnementaux associés nécessite des avancées au niveau des matériaux et des dispositifs, par exemple en évoluant vers des matériaux plus respectueux de l’environnement et en améliorant le taux de récupération des ressources », ont déclaré les auteurs dans un article publié dans Nature Scientific Reports.

    L’article concluait : « Notre batterie est… pertinente pour une large gamme d’électronique basse consommation et l’écosystème IoT. Ce travail fait progresser le domaine de l’électronique jetable et présente une technologie de batterie qui équilibre l’impact environnemental et les performances », ont-ils déclaré. ®

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