Des scientifiques de l’Université de Carnegie Mellon (CMU) et de l’Université de Science & Technologie du Missouri ont créé une méthode d’impression 3D qui permet aux batteries de durer plus longtemps. La structure de micro-réseau 3D à porosité contrôlée produit des batteries lithium-ion de grande capacité. Les résultats de cette recherche sont publiés dans la revue Additive Manufacturing.
Jusqu’à cette recherche, les capacités des batteries imprimées en 3D se limitaient à l’impression par extrusion, où un fil de matériau est progressivement retiré d’une buse, créant ainsi des structures continues. Des structures interdigitées étaient possibles grâce à cette méthode. Avec cette nouvelle méthode, les chercheurs peuvent imprimer en 3D les électrodes de la batterie en assemblant rapidement des gouttelettes une par une dans des structures 3D. Les nouvelles structures présentent des géométries complexes qu’il est impossible de produire en utilisant des méthodes d’extrusion généralement utilisées.
« Dans le cas des batteries lithium-ion, les électrodes aux architectures poreuses peuvent conduire à des capacités de charge plus élevées », explique Panat. « En effet, ces architectures permettent au lithium de pénétrer à travers le volume de l’électrode, ce qui conduit à une utilisation très élevée de l’électrode et donc à une capacité de stockage d’énergie plus élevée. Dans les batteries normales, 30 à 50 % du volume total de l’électrode est inutilisé. Notre méthode surmonte ce problème en utilisant l’impression 3D où nous créons une architecture d’électrodes à micro-réseau qui permet le transport efficace du lithium à travers toute l’électrode, ce qui augmente également le taux de charge de la batterie. »
Selon l’un des membres de l’équipe de recherche, le fait que ces gouttelettes soient séparées les unes des autres permet de créer ces nouvelles géométries complexes. « S’il s’agissait d’un seul flux de matière, comme c’est le cas pour l’impression par extrusion, nous ne pourrions pas les fabriquer. C’est une chose nouvelle. Je ne crois pas que quelqu’un ait déjà utilisé l’impression 3D pour créer ce genre de structures complexes. »
Selon les scientifiques, cette méthode d’impression 3D pourrait être utilisée pour des applications industrielles dans environ 3 ans.
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