Batteries biorésorbables

Le projet SIMBA s’est fixé pour objectif de réaliser des batteries biorésorbables flexibles pour des applications médicales temporaires.

Le développement de sources d’énergie biorésorbables, permettant d’éviter une seconde intervention chirurgicale pour le retrait du dispositif, demeure un défi majeur en « resorbtronic ». Dans ce contexte, nous avons mis au point une technique de fabrication alternative de batteries Na-ion entièrement biorésorbables. Tout d’abord, des matériaux biocompatibles ont été sélectionnés et mis en forme : pastille de NaTi₂(PO₄)₃-C comme anode, pastille de Na₀.₄₄MnO₂ comme cathode, et Na₂SO₄ mélangé à de la carboxyméthylcellulose sodiée comme électrolyte gel. Avant assemblage, des couches minces de Mo ou de Mg utilisées comme collecteurs de courant ont été déposées par PVD sur les électrodes. Nous avons montré que le choix du collecteur de courant influence significativement les performances électrochimiques des batteries : celles à base de Mo atteignent une capacité de décharge de 6,8 mAh cm⁻² à un taux de C/2, soit deux fois supérieure à celle des batteries à base de Mg, qui sont sujettes à de fortes réactions d’oxydation.

Par ailleurs, des électrodes microstructurées par ablation laser ont été réalisées afin d’améliorer les performances électrochimiques et la flexibilité mécanique de la cellule complète. Contrairement aux batteries 2D qui subissent des dommages irréversibles en flexion, la batterie dont les électrodes comportent des micropiliers de 30 µm, voit non seulement sa capacité doubler, mais elle conserve 70 % de sa capacité initiale sous un angle de flexion de 30° au-delà de 100 cycles. Cependant, le micro-usinage laser employé pour réaliser les microstructures  présente plusieurs limitations, notamment un temps de traitement long (45 à 60 minutes par électrode) et des risques d’endommagement thermique des électrode induits par une exposition prolongée au faisceau laser. Nous avons donc mis au point une technique de moulage à froid permettant la formation précise de microstructures tout en réduisant considérablement le temps de fabrication à quelques secondes. De plus, l’approche proposée minimise les risques de de dégradation des électrodes par échauffement, préservant ainsi l’intégrité des matériaux. Les résultats montrent que le moulage améliore non seulement l’efficacité du processus de fabrication, mais aussi les propriétés fonctionnelles des électrodes, ce qui en fait une méthode prometteuse pour la fabrication à grande échelle de batteries hautes performances.

En parallèle, la biocompatibilité des batteries a été évaluée et confirmée par des tests de cytotoxicité menés in vitro. Des études d’implantation chez la souris ont également confirmé la dégradation sans danger des batteries dans l’organisme grâce à la l’observation du comportement des animaux et par l’analyse ex vivo des organes après trois mois. Sur le plan applicatif, la durée de vie et le temps de désintégration des batteries implantées peuvent être contrôlées avec précision en ajustant tout simplement l’épaisseur d’une couche d’encapsulation biorésorbable, permettant ainsi d’adapter l’utilisation des batteries à des applications médicales spécifiques. Ces nouvelles sources d’énergie, dont la désintégration naturelle peut être contrôlée par l’organisme, éliminent le besoin d’une intervention chirurgicale pour leur retrait, ce qui les rend particulièrement adaptées aux dispositifs médicaux transitoires.

Publication V. K. A. Muniraj, B. L. Vijayan, H. Hammoud, R. Delattre, M. Ramuz, E. Djenizian, E. Vandini, D. Giuliani, T. Djenizian, Bioresorbable and Wireless Rechargeable Implanted Na-ion Battery for Temporary Medical Devices, Advanced Functional Materials, 2417353 (2025).