La prochaine frontière de l’impression : Énergie et batteries

« La possibilité d’avoir de nouvelles applications est illimitée et les progrès prennent de la vitesse. »

Scott Elrod, Vice-président et Directeur de PARC, une société Xerox

(Du rédacteur : Cet article est tiré du blog du PARC.)

Quand les gens pensent à l’impression, ils voient de l’encre et du papier.

Les scientifiques de PARC voient les choses de manière plus large. Cette nouvelle perspective a le potentiel de changer le monde de l’électronique, des transports et de l’énergie. PARC invente de nouveaux processus qui ont recours à l’impression pour créer des catégories surprenantes de produits ayant une intelligence propre.

Par exemple, prenez le marché en plein essor de l’électronique imprimée et flexible. PARC estime que ce marché pèsera plusieurs milliards de dollars. Il permettra l’impression simple, efficace et à moindre coûts de circuits imprimés qui seront au cœur de l’Internet des Objets de tous les jours.

Parce que le coût des circuits imprimés est bien inférieur à celui des puces de silicium actuelles, une myriade de nouvelles catégories de produits qui n’existent pas aujourd’hui peuvent être imaginées, des produits qui peuvent être fabriqués en masse tout en étant personnalisés pour répondre aux besoins individuels.

Des batteries de voiture imprimées ? Oui, et bien plus encore, avec Xerox.

 

Recueillir de l’énergie

L’impression crée des appareils qui recueillent l’énergie à partir de la lumière ambiante ou des signaux radio et qui les transmettent à des capteurs sans avoir besoin de fils ou de batteries.

Les appareils de recueil d’énergie entièrement imprimés ne sont pas encore parfaits, mais la technologie fait des progrès rapides vers des applications pour l’Internet des Objets. PARC fait appel à l’impression haute vitesse en continu pour créer des antennes de recueil d’énergie qui captent l’énergie du wifi, du GPS ou des téléphones mobiles pour alimenter des petits capteurs, qui pourraient être intégrés à un mur ou à l’infrastructure d’un bâtiment.

L’antenne inspirée des méta matériaux rend possible la capture et la conversion efficace de l’énergie, même si elle est bien plus petite que les longueurs d’onde de l’énergie captée. Les appareils peuvent ainsi être de petite taille et ne consommer que peu d’énergie.

 

Le pouvoir de l’impression pour le pouvoir imprimé

L’inspiration de PARC pour l’impression d’électrode de batterie provient d’une combinaison de pensée latérale et d’hygiène personnelle.

Un chercheur qui travaillait sur un appareil à pile à combustible se débattait avec un problème épineux quand lui vint une idée — il n’était pas dans sa baignoire à ce moment-là mais pas loin.

Le dentifrice à rayures qui sort du tube fut la source surprenante d’une idée intéressante. Le principe d’extrusion de matériaux multiples par un embout — pourrait-il s’appliquer sur une micro-échelle pour imprimer des structures ?

Oui, ce serait possible. Le résultat est une nouvelle technique nommée co-extrusion (CoEx).

En poussant des pâtes extrêmement visqueuses au travers de voies très fines, vous pouvez contrôler les structures géométriques créées sur un substrat avec une grande précision. Sur les cellules photovoltaïques, ceci signifie que vous pouvez créer des grilles d’argent extrêmement fines pour optimiser la surface sur laquelle le soleil peut générer de l’électricité.

En appliquant la technique CoEx aux batteries imprimées, vous pouvez créer des structures d’électrode optimales qui stimulent soit l’électricité, soit la densité de l’énergie, ou les deux. Cette approche révolutionnaire peu coûteuse peut s’appliquer à la fabrication en masse de la plupart des compositions chimiques des batteries.

Nous œuvrons actuellement à l’utilisation de cette technique dans l’impression des batteries automobiles. Dans la batterie électrique d’une voiture, ce changement technologique présente le potentiel d’augmenter le kilométrage de 20 %. Ce pourcentage contraste avec celui de l’amélioration annuelle des batteries qui est de 7 %.

 

Des gains additionnels

Chez PARC, nous avons appris qu’une combinaison de compétences approfondies et d’idées nouvelles peut ouvrir des portes. Qu’il s’agisse de batteries imprimées qui s’inspirent du dentifrice, d’antennes imprimées de méta matériaux, ou de micro puces qui s’autodétruisent — les personnes intelligentes ayant des compétences dans un domaine peuvent générer des découvertes dans d’autres domaines.

Aucune innovation n’est isolée. Tout comme l’expertise dans un domaine peut être transférée à un autre, l’application d’une technologie peut être reproduite à d’autres. Le travail de PARC avec la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) du gouvernement américain en est la preuve.

 

Visitez PARC au Sommet de l’innovation énergétique

Visitez PARC à ARPA-E (Stand 526) à Washington, D.C. du 29 février au 2 mars 2016. L’agence « Advanced Research Projects Agency-Energy » (ARPA-E) du ministère américain de l’énergie accueillera le Sommet de l’innovation énergétique. L’agence ARPA-E investit dans des idées transformationnelles pour créer les futures technologies énergétiques de l’Amérique.

L’agence DARPA s’est tournée vers PARC pour développer une technologie de détection précoce qui peut se placer sur les casques des soldats pour leur permettre de surveiller l’impact des explosions et éviter les traumatismes cérébraux. PARC a imprimé les composants d’un dosimètre des explosions en forme de bande qui remplissait les conditions de DRAPA : Peu coûteux et jetables tout en étant capables de mesurer les données à des niveaux extrêmes.

Les leçons tirées du développement de cette application militaire ont permis d’améliorer les capteurs imprimés au point où ils peuvent maintenant servir au suivi de la santé des patients, au conditionnement et au suivi structurel et à d’autres domaines qui requièrent des capteurs flexibles et peu coûteux.

Le potentiel de nouvelles applications est illimité et les progrès prennent de la vitesse. Quand la rentabilité des techniques d’impression est associée à des idées novatrices pour de nouvelles utilisations, les idées qui changent le monde deviennent réalité.

Chez PARC, nous jouons notre rôle pour stimuler les progrès, en gardant toujours un œil sur le prochain défi et l’autre sur les expériences du passé.