Si vous avez un smartphone, une tablette ou tout autre gadget un peu vieux, vous avez peut-être remarqué que la batterie de l’appareil ne se recharge plus comme avant. C’est parce que ces composants subissent une sorte d’usure après un certain nombre de cycles de charge. Mais il y a un signe d’espoir dans l’air : des scientifiques de l’Université de Californie ont réussi à faire en sorte qu’une batterie résiste à beaucoup plus de cycles que d’habitude. Le plus curieux est que cette découverte a été faite presque par hasard.
L’équipe de Reginald Penner, l’un des chefs de file de la recherche, a d’abord travaillé à la création d’une batterie plus sûre et plus stable. Les batteries lithium-ion actuelles sont composées de trois éléments, essentiellement : l’électrolyte, l’anode et la cathode. L’électrolyte agit comme une substance conductrice entre ces deux éléments, permettant aux électrons d’être déchargés de l’un et reçus par l’autre. Le problème de cette substance est qu’elle est extrêmement inflammable.
Vous avez probablement entendu parler des téléphones portables qui explosent. La plupart du temps, c’est la batterie qui transforme l’appareil en “bombe”. La cause est généralement cette sensibilité interne, pour ainsi dire. Il suffit que la température augmente un peu pour que l’électrolyte devienne plus dangereux.
Les fabricants prennent un certain nombre de mesures pour rendre les piles sûres. C’est pourquoi, heureusement, les accidents impliquant des piles ne sont pas fréquents. Mais le risque existe toujours. Pour la réduire, une idée très à l’étude est de faire gélifier l’électrolyte. À terme, cela pourrait même permettre une concentration plus élevée d’ions lithium, ce qui augmenterait la capacité de la batterie.
Il ne s’agit pas d’une idée récente. C’est juste que la mise au point d’un électrolyte gélifié ayant le niveau de conductivité électrique requis pour les batteries a été une tâche très difficile.
Mais dans les recherches de l’équipe de Penner, le gel a joué un rôle crucial. Les chercheurs ont créé une batterie avec des nanofils d’or – qui sont des milliers de fois plus fins que des mèches de cheveux – pour stocker l’électricité. Ces nanofils ont été enduits d’oxyde de manganèse et finalement enveloppés dans une couche de gel acrylique (PMMA) qui a entre autres fonctions de les maintenir ensemble.
En interagissant avec l’oxyde de manganèse, le gel permet d’éviter la corrosion (bien que, dans le cas des nanofils, l’or seul soit déjà “immunisé” contre ce phénomène). Le détail qui a attiré l’attention des chercheurs est que le gel a également permis à la couche d’oxyde de devenir plus résistante. Dans la pratique, cela permet d’éviter que les nanofils ne deviennent cassants.
Les chercheurs ne savent pas encore exactement comment cela est possible, mais ils ont constaté lors de tests que la batterie a réussi à surmonter 200 000 cycles de recharge sans subir de dégradation suffisante pour diminuer sa capacité ou causer tout autre problème. À titre de comparaison, on estime que la batterie d’un iPhone 6s, par exemple, commence à se dégrader sensiblement après 2 000 cycles de recharge.
La comparaison ci-dessous montre les nanofils sans gel (à gauche) et avec le matériau. Le premier a été porté après 4 000 cycles ; le second, avec le gel, a été peu endommagé, passant même par plus de 100 000 cycles.
M. Penner et son équipe estiment que ce nouveau type de batterie peut supporter jusqu’à 400 fois plus de cycles de recharge que les batteries lithium-ion actuelles. Je veux dire que ce n’est pas exactement un nouveau type de batterie, pas encore : comme toute technologie liée à ce domaine, il pourrait s’écouler des années avant que l’idée ne soit adoptée par l’industrie.
Il est bon de continuer à être patient
En plus d’avoir besoin de plus de recherches pour comprendre comment le gel peut prolonger la durée de vie des nanofils, l’équipe de M. Penner doit effectuer des tests pour attester de la sécurité et de la faisabilité des batteries, entre autres. Tout ce processus peut prendre des années.
C’est pourquoi on a toujours l’impression que ces technologies ne sont que des promesses. En fait, beaucoup sont abandonnés au milieu de la route par manque d’argent, parce qu’ils ne se montrent pas aussi prometteurs que prévu, etc. Cependant, d’autres projets se poursuivent, mais ne deviennent réalité qu’après beaucoup de temps passé par les chercheurs.
Reginald Penner donne un exemple d’adversité : l’expérience consistait en fait en une plate-forme inhabituelle formée par la connexion de deux cathodes qui alternent dans la charge, une approche qui facilite les tests de recharge répétés. Des expériences avec de vraies piles, avec anode et cathode, n’ont pas encore été réalisées.
Autre exemple : bien que l’or soit utilisé en très petites quantités, il peut devenir considérablement plus cher la production des batteries de longue durée. Il sera probablement nécessaire de remplacer l’or par un métal plus courant. Le chercheur envisage d’utiliser du nickel. Cela signifie que les tests devront être répétés avec cet élément. Si les résultats ne sont pas intéressants, il faudra utiliser un autre matériel et tout recommencer.
Comme vous pouvez le voir, la patience est primordiale ici. Pour l’instant, l’important est de savoir que les premiers pas ont été faits.
