Un matériau inspiré de Bluebird pourrait augmenter la durée de vie de la batterie

Le merlebleu de l’Est n’est pas seulement beau à regarder. Ses plumes présentent également une structure unique qui pourrait révolutionner les applications durables telles que les batteries et la filtration de l’eau.

Plus précisément, le bleu brillant des ailes de l’oiseau n’est pas le résultat d’une pigmentation colorée. Cela est plutôt dû à un réseau de canaux de quelques centaines de nanomètres de diamètre, traversant les plumes.

Cette structure de réseau a incité les chercheurs de l’ETH Zurich à reproduire ce matériel en laboratoire. Ils ont maintenant développé un matériau synthétique qui présente la même conception structurelle que les plumes de l’oiseau bleu – avec le potentiel de fournir des cas d’utilisation pratiques, tels qu’une amélioration batterie vie.

Les chercheurs ont expérimenté un caoutchouc de silicone transparent qui peut être à la fois étiré et déformé. Ils l’ont placé dans une solution huileuse et l’ont laissé gonfler plusieurs jours dans un four chauffé à 60 °C. Ils l’ont ensuite refroidi et extrait.

L’équipe a observé que la nanostructure du caoutchouc avait changé au cours de la procédure et a identifié des structures de réseau similaires à celles des plumes de l’oiseau bleu. La seule différence essentielle était l’épaisseur des canaux formés : le matériau synthétique mesurait 800 nanomètres contre 200 nanomètres pour la plume.

Cette réussite est le résultat d’une nouvelle méthode basée sur la séparation de phase d’une matrice polymère et d’une solution huileuse. La séparation de phases est un phénomène physique courant dont nous avons tous été témoins dans notre vie quotidienne. Par exemple, pensez à une vinaigrette composée d’huile et de vinaigre : les substances se séparent à moins d’être vigoureusement secouées et se séparent à nouveau lorsque l’agitation s’arrête.

Mais il est également possible de mélanger les substances en les chauffant et de les séparer à nouveau en les refroidissant – et c’est exactement ce que les scientifiques ont fait en laboratoire.

« Nous sommes capables de contrôler et de sélectionner les conditions de telle sorte que des canaux se forment lors de la séparation des phases. Nous avons réussi à interrompre la procédure avant que les deux phases ne fusionnent à nouveau complètement », a déclaré Carla Fernández Rico, auteur principal de l’étude.

Un avantage notable de cette méthode est que le matériel reste évolutif. « En principe, vous pouvez utiliser un morceau de plastique caoutchouteux de n’importe quelle taille. Mais il faudrait alors également des récipients et des fours de grande taille », ajoute Rico.

Cette technologie pourrait s’avérer utile dans les batteries en remplaçant les électrolytes liquides, qui facilitent le transfert des ions lithium entre les électrodes, mais réagissent souvent avec les ions et réduisent ainsi la capacité et la santé de la batterie. Des électrolytes solides dotés d’une structure de réseau comme celle développée par les chercheurs élimineraient non seulement le problème, mais permettraient également un bon transport des ions et augmenteraient la durée de vie de la batterie.

Les filtres à eau constituent un autre domaine d’application potentiel grâce aux propriétés de transport du réseau et à sa grande surface, qui pourraient permettre l’élimination des contaminants, notamment les bactéries et autres particules d’eau nocives.

Rico souhaite développer davantage ses recherches en vue de durabilité et constate que le travail de l’équipe est loin d’être terminé.

« Le produit est encore loin d’être prêt à être commercialisé », a-t-elle déclaré. « Même si le matériau caoutchouteux est bon marché et facile à obtenir, la phase huileuse est assez coûteuse. Il faudrait ici une paire de matériaux moins coûteux. Peut-être celui de DeepMind outil d’apprentissage profond pourrait être utile.

L’étude complète est publiée dans la revue Matériaux naturels.