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Une nouvelle batterie en papier biodégradable et activée par l’eau promet de rendre les appareils électroniques jetables à faible puissance plus respectueux de l’environnement.
Une conception ingénieuse
Décrite dans la revue Scientific Reports, cette batterie écologique a été mise au point par des scientifiques de l’Institut suisse Empa. Dans sa forme actuelle, celle-ci comprend plusieurs cellules (mesurant chacune un centimètre carré) reliées entre elles. Son substrat en papier est imprégné de chlorure de sodium (sel de table) et l’une de ses extrémités, à laquelle sont fixés deux fils, recouverte de cire.
Contenant des flocons de graphite, l’encre servant de cathode est imprimée sur une face du papier, et celle servant d’anode, à base de poudre de zinc, sur l’autre. Une troisième encre contenant des flocons de graphite et du noir de carbone permet de relier la cathode et l’anode aux deux fils du dispositif.
Lorsqu’une petite quantité d’eau est appliquée sur la batterie, le liquide provoque la dissolution du sel contenu dans le papier, libérant ainsi des ions chargés, qui se dispersent dans l’électrolyte du papier mouillé, induisant l’oxydation du zinc dans l’anode, qui va entraîner la libération d’électrons.
« Ces électrons sont transférés de l’anode contenant du zinc à la cathode en graphite où ils vont contribuer à réduire les niveaux d’oxygène de l’air ambiant », détaillent les auteurs de l’étude. « Ces réactions redox [réduction et oxydation] génèrent ainsi un courant électrique qui peut être utilisé pour alimenter un dispositif électrique externe. »
Alimenter de petits dispositifs électroniques
Ce type de batterie en papier vise notamment à alimenter les capteurs environnementaux ainsi que les dispositifs de diagnostic médical jetables. Des expériences réalisées en laboratoire ont montré qu’une version expérimentale à deux cellules fournissait suffisamment d’énergie pour faire fonctionner un petit réveil doté d’un écran à cristaux liquides.
Les chercheurs suisses ont constaté que deux gouttes d’eau suffisaient à activer une seule cellule en l’espace de 20 secondes. Lorsqu’elle n’était pas connectée à un appareil consommateur d’énergie, celle-ci atteignait une tension de 1,2 volt.
Bien que ses performances aient significativement chuté au bout d’une heure (lorsque le papier a séché), elle a été capable de maintenir une tension de 0,5 volt pendant une heure supplémentaire, suite à l’application de deux gouttes d’eau supplémentaires. L’équipe travaille actuellement à réduire l’impact du séchage du papier sur ses performances.