Le jour où nos smartphones et ordinateurs portables seront si rêvés qu’ils seront moins dépendants des prises de courant pourrait être plus proche que nous ne l’imaginions : des chercheurs de l’université de Stanford ont pu concevoir un type de batterie au lithium qui dure deux à quatre fois plus longtemps que les batteries actuelles.
Les recherches sont menées par l’équipe du professeur Yi Cui, la même équipe qui, en février de cette année, a annoncé une technique de fabrication de batteries inspirée de la grenade.
Les batteries sont essentiellement composées de trois éléments : 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.
Les scientifiques comprennent que l’idéal serait d’avoir du lithium pur dans l’anode. En plus d’entraîner une autonomie beaucoup plus grande, cette condition permettrait de développer des batteries plus petites et plus légères.
Mais dans la technologie actuelle, il n’y a que des ions de lithium concentrés dans l’électrolyte. En effet, l’industrie n’a pas encore réussi à créer une anode de lithium pur qui ne soit pas très instable et incapable de réagir à l’électrolyte, problèmes qui entraînent une réduction de la durée de vie des piles et, dans certaines circonstances, augmentent le risque d’accidents.
La solution trouvée par l’équipe du professeur Yi Cui est liée à l’idée des piles inspirées de la grenade : utiliser des couches de “nanosphères” de carbone à noyau vide et les interconnecter comme si elles formaient les cellules d’un nid d’abeille pour protéger les molécules de lithium.
En général, l’industrie utilise du graphite et, moins souvent, du silicium dans l’anode. Tous ces éléments peuvent se dilater, mais pas autant que le lithium. C’est de là que vient l’instabilité du matériel.
Les sphères de carbone sont capables de contrôler ce problème car elles sont suffisamment résistantes pour empêcher le lithium de se dilater excessivement et, en même temps, elles ont la souplesse nécessaire pour lui permettre de se déplacer avec les molécules de l’élément.
Les couches de carbone sont extrêmement fines, d’une épaisseur ne dépassant pas 20 nanomètres, et n’affectent donc pas de manière significative les dimensions physiques de la batterie. Pour vous donner une idée, les chercheurs ont expliqué qu’il est nécessaire d’empiler 5.000 couches pour qu’elles gagnent, ensemble, l’épaisseur d’une mèche de cheveux.
Comme le lithium peut offrir une densité énergétique plus élevée, on peut faire plus avec moins, c’est-à-dire produire des piles plus petites que les piles actuelles, mais avec une autonomie de deux à quatre fois supérieure, comme on l’a indiqué au début du post. Il y a un autre avantage : une fois que les couches de carbone font que le lithium reste stable, il est plus facile de développer des piles avec une durée de vie plus longue.
Avec autant d’avantages, que manque-t-il pour que l’idée soit mise en œuvre dans les smartphones, les ordinateurs portables et même dans les voitures ? D’autres tests, bien sûr. L’un des défis des scientifiques est de faire en sorte que les nouvelles batteries aient un “rendement coulômbique” (différence entre la quantité de charge que la batterie perd pendant la décharge et celle qu’elle gagne pendant la recharge) de 99,9 % pour être viables. Le maximum qui a déjà été atteint dans le laboratoire est une efficacité de 96%. Cela peut sembler être une petite différence, mais ce n’est pas le cas.
Quoi qu’il en soit, comme la nouvelle technique est basée sur les technologies actuelles (c’est-à-dire qu’il ne s’agit pas de faire quelque chose à partir de zéro), les chercheurs croient en son adoption dans quelques années.
Nous espérons seulement que, d’ici là, les niveaux de consommation de nos appareils n’augmenteront pas dans la même proportion.
