L'impression 3D pourrait maintenant être utilisée pour imprimer des micro-batteries, capables de fournir de l'électricité aux appareils miniaturisés dans les domaines allant de la médecine à la communication.

Impression 3D : vers une miniaturisation des appareils électriques ?

Ces dernières années, les ingénieurs ont inventé de nombreux appareils miniaturisés, y compris des implants médicaux, des robots volants, ou encore de minuscules caméras et micros pouvant tenir sur une paire de lunettes. Mais souvent, les batteries qui les alimentent sont aussi grandes – voire plus - que les appareils eux-mêmes. Pour contourner ce problème, les fabricants ont construit des électrodes sous forme de couches minces de matériaux solides. Toutefois, en raison de leur conception ultra-mince, ces micro-piles à l'état solide ne donnaient pas assez d'énergie pour alimenter les dispositifs miniaturisés. Pour y remédier, des scientifiques se sont tournés vers l'impression 3D. Une équipe de chercheurs de l'Université de Harvard et de l'Université de l'Illinois a en fait réussi à créer une micro-batterie grâce à l’impression de minuscules électrodes de batterie, chacune inférieure à la largeur d'un cheveu humain.

Une gamme d’encre aux propriétés chimiques et électriques

Pour imprimer ces électrodes 3D, les chercheurs ont d'abord créé et testé plusieurs encres spécialisées. Contrairement à l'encre dans une imprimante à jet, qui sort sous forme de gouttelettes liquide et mouillent la page, les encres développées pour l'impression 3D doivent immédiatement se durcir dans leur forme finale. Pour le cas spécifique de l’impression d’une micro-batterie, l’encre doit également fonctionner comme des matériaux électro-chimiquement actifs afin de créer l’anode et la cathode (électrode d’entrée et de sortie du courant conventionnel dans un circuit en courant continu) de la batterie couche. Pour atteindre ces objectifs, les chercheurs ont conçu une large gamme d'encres fonctionnelles, encres aux propriétés chimiques et électriques, notamment avec des nanoparticules composées d'oxyde métallique de lithium.

Un pas en avant vers la miniaturisation

Les chercheurs ont ainsi mesuré la quantité d'énergie pouvant être stockée dans ces micro-batteries, celle qu’elles pourraient délivrer, et combien de temps elles peuvent rester chargées. Il s’avère que la performance électrochimique de ces batteries miniatures est comparable à celle des batteries commerciales en termes de charge et de décharge, de cycle de vie et de densité d'énergie, tout en étant de taille bien inférieure. La création de ces encres spéciales a considérablement élargi les capacités de l'impression 3D, qui suit des instructions à partir de dessins d’ordinateur en 3D et dépose des couches successives d’encres pour construire un objet en 3D. Cela ouvre alors de nombreuses possibilités entièrement nouvelles pour la miniaturisation de tous les types de dispositifs, médicaux ou non.

Rédigé par Pauline Trassard
Journaliste