Dans chaque batterie ou supercondensateur, il y a un acteur discret : la colle polymère. Elle lie les particules du matériau actif et aide à les maintenir sur le collecteur de courant. Autrefois, on la considérait comme une masse inerte : elle est là, tant qu'elle ne gêne pas. Mais dans cette étude, la colle passe au premier plan.
Les chercheurs ont pris un matériau pérovskite CsSnCl₃ (un composé de césium, d'étain et de chlore) et l'ont mélangé avec du polyfluorure de vinylidène (PVDF) — cette fameuse colle. Ils ont fait varier la proportion de colle et la concentration de sel de lithium dans l'électrolyte. Il s'est avéré que la capacité maximale est obtenue lorsque la règle simple est respectée : λ + θ = 1. Ici, λ est la fraction de lithium disponible, normalisée par rapport au maximum, et θ est la fraction de polymère, également normalisée. Leur somme est toujours égale à un. Cette règle a été nommée Interfacial Balance Rule — « règle de l'équilibre interfacial ».
Grâce à des simulations informatiques basées sur le potentiel d'apprentissage automatique MACE, ils ont observé comment la colle agit au niveau atomique. Les molécules de PVDF se couchent à plat sur la surface de la pérovskite et s'accrochent simultanément aux zones positives et négatives. Cela uniformise l'énergie de liaison des ions lithium — ils trouvent aussi facile de se poser à différents endroits. Le fluor du polymère retient en plus le lithium, et le film polymère maintient les ions dans une fine couche bidimensionnelle, les empêchant de s'agglomérer en gouttes volumineuses. Mais les places dans cette couche sont limitées : quand il y a trop de polymère, il bloque l'accès à la surface, et quand il y en a trop peu, les ions n'ont rien à quoi s'accrocher.
La règle de l'équilibre s'est avérée universelle. Elle a été testée sur un matériau hybride MASnCl₃ (avec du méthylammonium au lieu du césium) — et les points se sont alignés sur la même droite. Cela signifie que le facteur déterminant n'est pas le réseau cristallin de la pérovskite, mais bien l'interface polymère-électrolyte. Désormais, le liant peut être considéré comme un élément actif de la conception : en modifiant sa quantité ou la longueur de ses chaînes, on ajuste la capacité du dispositif sans remplacer les matériaux principaux.
Le polyfluorure de vinylidène, cette colle de l'article, est un proche parent du téflon. Mais si le téflon repousse tout, le PVDF, au contraire, attire les ions grâce à ses atomes de fluor.
Dans le roman « L'Âge de diamant » de Neal Stephenson, la matière intelligente reconfigure ses propriétés à la volée. Contrôler l'énergie via des interfaces polymères est un pas vers de tels matériaux, où chaque molécule sait ce qu'elle a à faire.