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La cellulose dans tous ses états

Mis à jour le 13 mai 2015
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Les électrodes des futures batteries lithium-ion seront-elles constituées de cellulose ? C’est en tout cas ce que laisse présager le projet soutenu par Davide Beneventi, chercheur CNRS au laboratoire LGP2 rattaché à Grenoble INP - Pagora, dans le cadre des projets AGIR de l’Université Grenoble Alpes.

Nanofibres de cellulose en gel

Nanofibres de cellulose en gel

Avec sa doctorante Ying Shao*, le chercheur entend mettre au point des réseaux tridimensionnels conducteurs à différents degrés de porosité. « Contrairement aux fibres de carbone qui n’établissent pas des liaisons fortes entre elles, les fibres de cellulose peuvent constituer une sorte de ‘filet de pêche’ qui emprisonne les particules actives choisies en fonction de l’application visée. Dans un premier temps, ces matériaux seront testés pour réaliser des électrodes de batteries lithium-ions ou de piles à combustible. »

Mise en forme par impression 3D

En plus de favoriser le remplacement des produits dérivés du pétrole par d’autres plus respectueux de l’environnement, cette solution présente l’avantage de faciliter la mise en forme des objets et permettra de tester l’impression 3D, de mieux en mieux maîtrisée au laboratoire. « Les nanofibres de cellulose sont d’abord mises en suspension dans des solutions aqueuses plus ou moins concentrées, explique Davide Beneventi. On peut ensuite réaliser des feuilles par « casting », méthode qui consiste à déposer le mélange dans des moules en téflon et à laisser s’évaporer les solvants, ou utiliser le « dépôt spray » de surface, un peu comme de la peinture. Mais le vrai avantage réside dans la possibilité de réaliser des mises en forme complexes par impression 3D. » Une fois la forme souhaitée obtenue, on fait subir à la pièce un traitement à haute température pour éliminer l’oxygène et l’hydrogène et laisser place à un résidu carboné, c’est la « carbonisation ». « On obtient ainsi des dépôts de carbone amorphe, voire de graphite, à condition que le contenu en carbone soit suffisant au départ. »

De multiples applications possibles

En faisant varier la teneur en cellulose et en adaptant le procédé de carbonisation, il est possible de contrôler la porosité et la conductivité du matériau final, que l’on peut adapter à l’application visée. « Le fait que le matériau soit microporeux réduit sa conductivité. Dans le cas des électrodes de batteries ou des piles à combustible, principales utilisations envisagées pour l’instant, cela n’est pas gênant, au contraire ! explique Davide Beneventi. Et pour les applications qui nécessiteraient une plus forte conductivité, il est possible d’effectuer un post traitement de densification par compression. » Quelques industriels ont déjà manifesté leur intérêt pour ces travaux. Prudents, les professionnels du domaine de l’énergie attendent quant à eux que la technologie soit mature avant d’envisager de la tester. A suivre.

* La thèse de Ying Shao est co-dirigée par Philippe Grosseau, directeur de recherches CNRS à l’École des Mines de Saint Etienne, et co-encadrée par Didier Chaussy, professeur à Grenoble INP – Pagora.


Nanofibres de cellulose
Images MEB d’un papier composite graphite-noir de carbone-nanofibres de cellulose après carbonisation à 800°C en atmosphère inerte. a) Grossissement 10000x, plaquettes de graphite et agglomérats de noir de carbone. b) Grossissement 150000x, particules de noir de carbone connectées par des nanofibres de cellulose carbonisée. Conductivité électrique : 0.12 S cm-1 avant carbonisation, 12.5 S cm-1 après carbonisation. (source : L. Zolin, Thèse de doctorat, Politecnico di Torino, Grenoble-INP, 2015).


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Rédigé par Xavier Oster

mise à jour le 13 mai 2015

Grenoble INP Institut d'ingénierie Univ. Grenoble Alpes