Tout ceci a fait émerger un besoin évident : des sources d’énergie non seulement efficaces, mais aussi adaptables aux produits qu’elles alimentent. Il leur faut donc des batteries sûres, fines et flexibles, ou de formes personnalisées.
Dans ce contexte, les batteries imprimées s’imposent comme une révolution majeure dans le domaine du stockage d’énergie. Ces solutions permettent de fabriquer des batteries directement sur des substrats fins et flexibles grâce à des techniques d’impression comme la sérigraphie, ou des produits aux formes et structures sur mesure grâce à la fabrication additive (impression 3D). Ces avancées sont une réalité : des solutions existent sur le marché, de nouvelles applications sont à l’étude et des centres technologiques comme AIMPLAS sont à la pointe du progrès, promettant de transformer le secteur.

Un aperçu de la situation actuelle : les technologies disponibles et les tendances émergentes.
Aujourd’hui, les batteries imprimées sont commercialisées, bien que leur utilisation reste concentrée sur des applications à faible consommation d’énergie, telles que les dispositifs médicaux jetables, les étiquettes RFID, les capteurs basse consommation et les cosmétiques intelligents. Des entreprises comme Blue Spark Technologies et Enfucell commercialisent des produits basés sur des technologies d’impression à plat, utilisant des électrodes en zinc ou en manganèse et des électrolytes polymères gélifiés ou solides.
Ces dispositifs ne sont actuellement pas rechargeables et présentent certaines limitations, ce qui explique pourquoi divers centres de recherche et universités développent de nouveaux matériaux et de nouvelles conceptions pour les batteries imprimées. L’objectif est d’accroître la densité énergétique, d’améliorer la stabilité et d’adapter la forme des batteries aux besoins de chaque produit. Cela représente un changement de paradigme par rapport au modèle traditionnel, dans lequel le produit devait s’adapter à la batterie, et non l’inverse.

Sérigraphie : L'énergie 2D, avec précision et polyvalence.
La sérigraphie est une technique reconnue pour sa simplicité d'utilisation, sa maturité commerciale et son adaptabilité, et est utilisée depuis des décennies dans le domaine de l'électronique imprimée.
Cette technique s'impose comme une solution prometteuse pour le développement des nouvelles batteries demandées par le marché. Son principal atout réside dans la possibilité de déposer des couches fonctionnelles (électrodes, électrolytes, séparateurs) d'épaisseur et de morphologie contrôlées sur des substrats flexibles tels que des films plastiques, des textiles ou du papier technique. Ces variables sont essentielles aux performances et à la fonctionnalité finale du dispositif d'énergie imprimée. Forte
de plus de 10 ans d'expérience dans le domaine de l'électronique imprimée, AIMPLAS possède la technologie nécessaire pour progresser dans le domaine du stockage d'énergie flexible. Ainsi, le centre technologique a lancé un programme de recherche et développement axé sur les batteries sérigraphiées.
Des travaux sont actuellement en cours sur l'application de matériaux fonctionnels disponibles dans le commerce, tels que des encres conductrices à base d'oxydes métalliques, pour la création de batteries imprimées. Dans le même temps, des recherches sont menées sur la formulation de nouveaux matériaux plus durables, présentant une meilleure aptitude à la transformation et une compatibilité avec les exigences de l'impression 2D, ce qui permettra la fabrication de batteries minces, de moins d'un millimètre d'épaisseur, pouvant être directement intégrées dans des étiquettes, des textiles techniques, des emballages ou des systèmes de capteurs jetables.

Impression 3D : Batteries sur mesure et volumineuses.
Si la sérigraphie permet la production de batteries plates, la fabrication additive, ou impression 3D, va plus loin : elle permet la création de structures tridimensionnelles aux géométries personnalisées, adaptées à l’espace disponible au sein du dispositif. Ceci est particulièrement utile dans des secteurs tels que l’automobile, l’aérospatiale, les objets connectés et les systèmes embarqués.
Compte tenu du fort potentiel et des avantages significatifs qu’offre la fabrication additive pour le développement de produits personnalisés, AIMPLAS a lancé l’année dernière une initiative stratégique de R&D, appliquant les technologies FD et d’écriture directe disponibles au développement de batteries imprimées en 3D.
Ces travaux ont abouti aux premiers prototypes de batteries imprimées en 3D, formulant de nouveaux matériaux non seulement fonctionnels, mais également compatibles avec les technologies additives susmentionnées. Ces premiers développements ont démontré que l’impression 3D permet la fabrication des différents composants de la batterie à partir de matériaux actifs, ouvrant la voie à des conceptions de batteries entièrement intégrées au produit.
De plus, cette technique offre une grande liberté de conception, permettant d’intégrer les batteries dans des structures de support, des boîtiers ou des éléments à double fonctionnalité structurelle et énergétique.

La clé invisible : la maîtrise de la porosité.
L’un des avantages les moins visibles, mais pourtant essentiels, de ces technologies réside dans la possibilité de structurer la porosité interne des électrodes. La porosité influe directement sur les performances électrochimiques, car elle facilite la diffusion des ions et améliore le contact entre les matériaux actifs et l’électrolyte.
La sérigraphie et l’impression 3D permettent toutes deux de concevoir des structures fonctionnelles, soit en ajustant la formulation des encres et des pâtes, soit en contrôlant le motif d’impression et la géométrie de chaque couche. Ceci est fondamental pour optimiser la capacité de charge, la durée de vie et l’efficacité énergétique des batteries imprimées.

Conclusion : Une énergie qui s’adapte à l’avenir.
Les batteries imprimées représentent une révolution discrète mais puissante dans le monde du stockage d’énergie. Leur capacité à s’adapter à de nouvelles formes, à s’intégrer à des produits intelligents et à tirer parti de matériaux fonctionnels en fait une technologie clé pour l’avenir proche.
AIMPLAS se positionne comme un acteur majeur dans ce domaine, en combinant son expertise des plastiques, des matériaux fonctionnels et des procédés de fabrication avancés avec une vision claire : développer des solutions énergétiques imprimées durables et adaptées à l’évolution des besoins du marché.
Car l’avenir de l’énergie ne se mesure pas seulement en volts ou en ampères, mais aussi en forme, en adaptabilité, en durabilité et en fonctionnalité.

Auteur : Joaquín Castán, chercheur en ingénierie - Aimplas