La batterie photo intégrée de manière monolithique atteint une tension compétitive

Les appareils et capteurs intelligents en réseau peuvent améliorer l’efficacité énergétique des produits de consommation et des bâtiments en surveillant leur consommation en temps réel. Les appareils miniatures tels que ceux développés dans le cadre de l’Internet des objets nécessitent des sources d’énergie aussi compactes que possible pour fonctionner de manière autonome.

Des batteries monolithiques intégrées qui génèrent, convertissent et stockent simultanément de l’énergie dans un seul système pourraient être utilisées à cette fin.

Une équipe de scientifiques du pôle d’excellence des systèmes de matériaux vivants, adaptatifs et autonomes en énergie (livMatS) de l’Université de Fribourg a développé une batterie photo intégrée de manière monolithique composée d’une batterie à base de polymère organique et d’une cellule solaire organique à jonctions multiples.

La batterie, présentée par Rodrigo Delgado Andrés et le Dr Uli Würfel, de l’Université de Fribourg, ainsi que Robin Wessling et le Prof. Dr. Birgit Esser, de l’Université d’Ulm, est la première batterie photo intégrée de manière monolithique à base de matériaux organiques pour atteindre un potentiel de décharge de 3,6. Volts. Il fait ainsi partie des premiers systèmes de ce type capables d’alimenter des appareils miniatures. L’équipe a publié ses résultats dans la revue Sciences de l’énergie et de l’environnement.

Combinaison d’une cellule solaire multi-jonction et d’une batterie double ion

Les chercheurs ont développé une méthode évolutive pour la batterie photo qui leur permet de fabriquer des cellules solaires organiques à partir de cinq couches actives.

“Le système atteint des tensions relativement élevées de 4,2 volts avec cette cellule solaire”, explique Wessling. L’équipe a combiné cette cellule solaire à jonctions multiples avec une batterie dite double-ion, capable d’être chargée à des courants élevés, contrairement aux cathodes des batteries au lithium conventionnelles.

Avec un contrôle minutieux de l’intensité d’éclairage et des taux de décharge, une batterie photo construite de cette manière est capable de se charger rapidement en moins de 15 minutes à des capacités de décharge allant jusqu’à 22 milliampères heures par gramme (mAh g^-1). En combinaison avec un potentiel de décharge moyen de 3,6 volts, les appareils peuvent fournir une densité énergétique de 69 milliwattheures par gramme (mWh g^-1) et une densité de puissance de 95 milliwatts par gramme (mW g^-1).

“Notre système pose ainsi les bases d’une recherche plus approfondie et de développements ultérieurs dans le domaine des batteries photo organiques”, déclare Wessling.