Béatrice Garnier Traduire les performances électrochimiques des batteries grand structure en sources d’alimentation à l’échelle microscopique est un défi technologique de longue date. des microrobots et des dispositifs médicaux implantables. Des chercheurs de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign ont créé une microbatterie haute stress (> 9 V), avec une densité d’énergie et de puissance élevée, inégalée par toute conception de batterie existante.
Professeur de science et d’ingénierie des matériaux Paul Braun (chaire distinguée Grainger en ingénierie, directeur du laboratoire de recherche sur les matériaux), Dr Sungbong Kim (postdoc, MatSE, professeur adjoint actuel à l’Académie militaire de Corée, co-premier auteur) et Arghya Patra (étudiant diplômé, MatSE, MRL, co-leading auteur) a récemment publié son report “Serially built-in superior-voltage and large-power miniature batteries” dans Mobile Reviews Physical Science.
L’équipe a démontré des batteries au lithium hermétiquement scellées (fermées hermétiquement pour éviter l’exposition à l’air ambiant), durables et compactes avec une fraction de masse de boîtier exceptionnellement faible dans des configurations à simple, double et triple empilement avec des tensions de fonctionnement sans précédent, des densités de puissance élevées et densités d’énergie.
Braun explique :, en améliorant les architectures d’électrodes et en proposant des conceptions de batterie innovantes. Le problème est qu’à mesure que les batteries deviennent furthermore petites, l’emballage domine le volume et la masse de la batterie tandis que la surface area de l’électrode devient additionally petite. Il en résulte des réductions drastiques de l’énergie et de la puissance de la batterie.
Dans leur conception distinctive de microbatteries puissantes, l’équipe a développé une nouvelle technologie d’emballage qui utilise les collecteurs de courant des bornes good et négative dans le cadre de l’emballage lui-même (plutôt qu’une entité distincte). Cela a permis le quantity compact (?, 165 cm3) et la faible fraction massique de l’emballage (10,2 %) des batteries. De furthermore, ils ont empilé verticalement les cellules d’électrode en série (ainsi la stress de chaque cellule s’ajoute), ce qui a permis la rigidity de fonctionnement élevée de la batterie.
Une autre façon d’améliorer ces microbatteries consiste à utiliser des électrodes très denses qui offrent une densité d’énergie. Les électrodes normales sont occupées à près de 40 % en quantity par des polymères et des additifs carbonés (pas de matières actives). Le groupe de Braun a développé des électrodes par une technique d’électrodéposition directe à température intermédiaire qui sont entièrement denses et sans additifs polymères et carbone. Ces électrodes entièrement denses offrent une densité d’énergie volumétrique supérieure à celle de leurs homologues commerciaux. Les microbatteries de cette recherche ont été fabriquées à l’aide des électrodes LiCoO2 DirectPlateTM électrolytiques denses fabriquées par Xerion Innovative Battery Company (XABC, Dayton, Ohio), une société issue des recherches de Braun.
Patra mentionne : “À ce jour, les architectures d’électrodes et les conceptions de cellules à l’échelle micro-nano se sont limitées à des conceptions à haute densité de puissance qui se sont faites au détriment de la porosité et de la densité d’énergie volumétrique. Notre travail a réussi à créer une resource d’énergie à micro-échelle qui présente à la fois une densité de puissance élevée et une densité d’énergie volumétrique.”
de missions de recherche et de sauvetage et dans des environnements dangereux où l’accès humain direct est extremely hard. Le co-auteur James Pikul (professeur adjoint. Université de Pennsylvanie) souligne que “la haute tension est importante pour réduire la demand utile électronique qu’un microrobot doit transporter. 9 V peut alimenter directement les moteurs et réduire la perte d’énergie associée à l’augmentation de la rigidity à des centaines ou des milliers de volts nécessaires pour certains actionneurs Cela signifie que ces batteries permettent des améliorations au niveau du système au-delà de leur amélioration de la densité d’énergie afin que les petits robots puissent voyager as well as loin ou envoyer des informations as well as critiques aux opérateurs humains.”
Kim ajoute : “Notre travail comble le fossé des connaissances à l’intersection de la chimie des matériaux.”
Braun, un pionnier dans le domaine de la miniaturisation des batteries, conclut :, haute puissance, haute pressure et à décharge exclusive. des batteries qui seraient intrinsèquement furthermore sûres et moreover denses en énergie que leurs homologues à cellules liquides. »
Parmi les autres contributeurs à ce travail figurent le Dr James H. Pikul (professeur adjoint. Université de Pennsylvanie), le Dr John B. Prepare dinner (XABC), le Dr Ryan Kohlmeyer (XABC), le Dr Beniamin Zahiri (Professeur assistant de recherche, MRL, UIUC) et le Dr Pengcheng Sunshine (Chercheur scientifique, MRL, UIUC).
