Elle n’est constituée que de sel, de graphite, de papier, de zinc et d’encre et pourrait à l’avenir remplacer les piles bouton.

Daniela Gschweng pour le journal en ligne INFOsperber

Les piles représentent une part importante des déchets électriques et ne sont pas non plus entièrement recyclées — pour exemple : le taux de retour en Suisse est d’environ 82 %. On pourrait se passer d’une partie de ces déchets. Des chercheurs du Laboratoire fédéral d’essai des matériaux et de recherche (EMPA) planchent sur une alternative à la fois non toxique et bon marché.

Leur invention ne se compose que d’encre, de papier, de zinc, de graphite, de suie et d’eau salée. Pour la fabriquer, les chercheurs ont imprimé du papier qu’ils avaient préalablement trempé dans de l’eau salée et séché.

D’un côté du papier, ils ont appliqué de l’encre d’imprimante contenant de la poudre de zinc, sur l’autre, un mélange d’encre et de graphite. Par-dessus, sur les deux faces de la bande de papier, un mélange de graphite-suie-encre a servi de couche conductrice.

Quelques gouttes d’eau et après : une heure d’électricité

À l’état sec, cette pile instantanée n’est guère plus qu’un morceau de papier imprimé. Quelques gouttes d’eau suffisent à la faire fonctionner.

Dans l’expérience publiée en juillet par Gustav Nyström et son équipe dans la revue spécialisée Scientific Reports, deux cellules de batterie reliées entre elles ont fourni du courant à un petit réveil numérique pendant environ une heure, puis elles se sont desséchées. En ajoutant de l’eau, la pile en papier a pu être réactivée.

L’une des cellules d’environ un centimètre carré a fourni une tension stable de 1,2 volt — un peu moins qu’une pile alcaline AA, qui atteint 1,5 volt. Dans certains cas, cela pourrait suffire à remplacer une pile traditionnelle, et donc à économiser beaucoup de matières premières et de déchets. L’utilisation de plusieurs piles permet d’augmenter la tension. De plus, tous les composants sont non toxiques et biodégradables.

En principe, le fonctionnement de la bande de papier imprimée ne présente pas énormément de différence avec celui d’une pile zinc-carbone. Pour rappel, l’électricité se compose, en gros, de particules chargées négativement (électrons) qui circulent d’un pôle négatif (anode) vers un pôle positif (cathode). Ici, le carbone sert de cathode et l’encre-zinc d’anode, le mélange graphite-suie-encre de couche conductrice. L’eau est conductrice lorsqu’elle contient du sel dissous et fonctionne ainsi comme électrolyte.

Dès que la pile en papier est mouillée, zinc-encre (gris clair) devient l’anode et graphite- encre (gris foncé), la cathode. © EMPA

Les électrons qui reviennent à la cathode de carbone après avoir traversé le réveil passent à l’oxygène de l’air. La pile est usée lorsque le zinc de l’encre d’imprimante de l’anode a émis tous les électrons disponibles.

C’est un avantage, explique Nyström dans une publication de l’EMPA. Le dosage de la poudre de zinc dans l’encre permet de régler la durée de vie de la pile. Contrairement aux piles qui fonctionnent avec des feuilles de métal, cela génère moins de déchets.

Beaucoup de travail de fignolage

Bien sûr, ce n’est pas aussi simple qu’il n’y paraît. « Si le concept est simple, le développement a quant à lui pris jusqu’à présent environ un an et demi », explique Nyström en réponse aux questions à ce sujet. Le développement de la batterie instantanée est en cours. Jusqu’à présent, le séchage de la bande de papier, par exemple, figure encore parmi les obstacles. Il serait possible d’y remédier à certaines conditions en modifiant la structure.

L’équipe de l’EMPA n’a pas encore étudié la durée de vie de la pile. Elle ne peut pas être conservée indéfiniment, car en fin de compte, tout doit rester biodégradable. Mais jusqu’à présent, à l’état sec, les bandes de papier imprimées se sont conservées au moins un an dans le laboratoire.

Il serait par exemple envisageable d’utiliser la pile jetable pour des capteurs environnementaux ou dans le domaine du diagnostic médical. Malgré le stade précoce de développement, deux personnes avec des idées concrètes sont déjà intéressées, dit Nyström. Après utilisation, la pile peut alors être jetée ou compostée.

 

Traduit de l’allemand par Laurence Wuillemin, Munich