Des scientifiques inventent une pile en papier – il suffit d’ajouter de l’eau

Les appareils électroniques jetés s’accumulent rapidement, poussant les chercheurs à explorer des moyens créatifs de réduire les déchets qui en résultent, connus sous le nom de déchets électroniques. Maintenant, une équipe a conçu une pile jetable activée par l’eau en papier et autres matériaux durables.

Les fils, les écrans et les batteries qui composent nos appareils, sans parler du plastique, du métal et des autres matériaux qui les enveloppent, remplissent les décharges de débris dangereux. Certains déchets électroniques sont relativement importants : vieux téléphones à clapet, climatiseurs et radios, pour ne citer que quelques articles courants. D’autres déchets électroniques sont plus insidieux, tels que les kits de diagnostic médical électroniques à usage unique, les capteurs environnementaux et les étiquettes intelligentes contenant des piles jetables et d’autres équipements.

“Ce sont ces petites batteries qui posent de gros problèmes”, déclare Dele Ogunseitan, professeur de santé publique à l’Université de Californie à Irvine, chercheur en technologie verte et conseiller pour de grandes entreprises technologiques, qui n’a pas participé au développement de la batterie en papier. . “Personne ne fait vraiment attention à où ils finissent.”

Des chercheurs du Laboratoire Cellulose & Matériaux bois de l’Empa (Laboratoire fédéral de la science et de la technologie des matériaux) tentent de résoudre ce problème négligé. Cette semaine, ils ont publié un article dans Rapports scientifiques décrivant une nouvelle batterie en papier activée par l’eau qu’ils ont développée à partir de matériaux respectueux de l’environnement. Un tel appareil pourrait éventuellement présenter une alternative durable aux batteries plus nocives qui sont courantes dans les appareils à faible consommation.

La nouvelle batterie papier a les mêmes composants clés que les batteries standard mais les conditionne différemment. Comme une batterie chimique typique, elle a un côté chargé positivement appelé cathode, un côté chargé négativement appelé anode et un matériau conducteur appelé électrolyte entre les deux. Les composants d’une batterie traditionnelle sont enfermés dans du plastique et du métal ; dans la nouvelle batterie, l’anode et la cathode sont des encres imprimées au recto et au verso d’une feuille de papier. Ce papier est infusé avec du sel, qui se dissout lorsque le papier est humidifié avec de l’eau. La solution d’eau salée qui en résulte agit comme électrolyte.

Les matériaux durables étaient une condition préalable pour les chercheurs, qui n’ont considéré que des ingrédients non toxiques et abondants pour créer leur appareil. “Nous étions assez confiants que nous aurions quelque chose qui fonctionnerait à la fin, mais le développement de ces matériaux et systèmes d’encre est loin d’être trivial”, déclare Gustav Nyström, responsable du laboratoire Cellulose & Wood Materials et auteur principal de l’étude. Après avoir essayé des centaines de formulations pour les différents composants, les scientifiques ont opté pour une encre au graphite pour fabriquer la cathode, une encre au zinc pour l’anode et du papier infusé de sel pour créer l’électrolyte. Lorsque le papier est sec, la batterie est stable. Cependant, ajoutez seulement quelques gouttes d’eau et le sel enraciné se dissout, permettant aux électrons de circuler. Une fois le papier humidifié, il faut environ 20 secondes pour que la batterie s’active. À ce stade, il produit une électricité stable de 1,2 volt jusqu’à ce que le papier sèche. (À titre de comparaison, une pile AA fournit 1,5 volt.) Lorsque les chercheurs ont remouillé le papier, la pile a produit 0,5 volt pendant plus d’une heure.

Bien que les chercheurs aient démontré que leur pile pouvait alimenter un réveil, il est peu probable que les piles jetables en papier remplacent les piles AA standard dans les rayons des magasins. Au lieu de cela, Nyström envisage un avenir où ces batteries sont intégrées dans des tests de diagnostic et des capteurs environnementaux, idéalement avec d’autres composants durables tels que des écrans et des emballages. Cet avenir n’est peut-être pas si lointain.

Il est difficile de prédire un calendrier pour la fabrication de tels articles à grande échelle, mais Nyström dit qu’il est en contact avec des partenaires potentiels de l’industrie et pense que ces batteries pourraient faire leur chemin dans les produits d’ici deux à cinq ans. “Je pense que les performances que vous voyez sur cet appareil sont déjà suffisantes pour un grand nombre de ces applications”, dit-il. Il s’agit principalement d’augmenter la production et d’intégrer les batteries dans des systèmes tels que des tests de diagnostic et des capteurs environnementaux.

Surtout, Nyström dit que son équipe a créé la batterie sans compromettre les critères de durabilité. « C’est un travail qui commence vraiment par le développement de matériaux durables », explique-t-il. À partir de là, dit-il, “je pense que nous avons pu créer quelque chose de très utile.”