Une équipe de chercheurs de l’université américaine Northwestern vient de publier un article dans la revue Advanced Energy Materials faisant part de leurs travaux sur les batteries au lithium-ion, qui équipent aujourd’hui nos mobiles, tablettes et ordinateurs portables. Leurs perspectives sont prometteuses. "Nous avons trouvé un moyen de multiplier l’autonomie d’une batterie au lithium-ion par dix au début de [s]a vie", a expliqué Harold H. Kung, qui supervise les recherches, dans un communiqué. Il ajoute que, « même après 150 charges, soit un an ou plus d’utilisation, la batterie est toujours cinq fois plus efficace que [celles au] lithium-ion disponibles sur le marché ». Deuxième avantage de ces accumulateurs d’un nouveau genre : ils se rechargent en quelques minutes !
Pour comprendre comment l’équipe de Kung est parvenue à améliorer les performances du lithium-ion, il faut se pencher sur les limitations des batteries, chargées grâce à un transfert d’ions de la cathode vers l’anode et qui fournissent ensuite de l’énergie lorsque ces mêmes ions quittent l’anode pour se rendre vers la cathode. Problème, la quantité d’ions que peut stocker l’anode est très limitée. Les chercheurs américains sont parvenus à améliorer les performances des batteries au graphène, un nouveau matériau issu du graphite, très prometteur pour les batteries du futur. « L’anode – faite de feuilles de graphène empilées les unes sur les autres – peut seulement contenir un atome de lithium pour six atomes de carbone, dont est composé le graphène », indique l’équipe universitaire.
Or ces chercheurs sont parvenus, en modifiant l’anode, à caser bien plus d’ions. Pour cela, ils ont, entre les feuilles, emprisonné des grappes de silicium, capables de retenir davantage d’ions (quatre ions pour chaque atome de silicium). Résultat : la densité d’énergie est décuplée, et la batterie peut tenir la charge bien plus longtemps. Pour accélérer le chargement, l'équipe de Kung a réussi à modifier l’accumulateur : grâce à un procédé chimique d’oxydation, elle a créé de minuscules trous dans les feuilles de graphène, qui servent de raccourcis aux ions lorsqu’ils transitent de la cathode vers l’anode pour trouver leur place entre deux feuilles de graphène. Ils n’ont donc plus besoin de passer par les côtés des feuilles, ce qui met fin au phénomène "d'embouteillage" des ions.
Cette percée permet de réduire par dix la durée de la charge. Les chercheurs vont désormais se pencher sur la cathode, pour tenter d’améliorer encore l’efficacité des batteries. Ils souhaitent par ailleurs développer une technique qui permettra à la batterie de se couper automatiquement si elle se met à trop chauffer. Une sécurité qu’ils imaginent surtout pour les accumulateurs de voitures électriques, qui pourraient également, grâce à ces recherches, disposer de batteries plus petites et plus efficaces. L’équipe prévoit une arrivée sur le marché de ces batteries révolutionnaires d’ici trois à cinq ans.
