Imaginez une batterie qui peut durer plusieurs siècles. C’est en tout cas l’exploit qu’ont accompli des chercheurs de l'université de Californie à Irvine (UCI).
Une étude publiée en 2016 dans la revue Energy Letters de l’American Chemical Society décrit une découverte qui pourrait révolutionner la façon dont les futures batteries sont fabriquées. Alors qu’elle était à l’époque doctorante à l’UCI, Mya Le Thai affirme avoir découvert accidentellement, lors de ses travaux en laboratoire, les secrets qui augmenteraient considérablement la durée de vie des accumulateurs au lithium. Selon ses explications, cette trouvaille pourrait aider à concevoir des batteries pouvant théoriquement durer plusieurs centaines d’années !
Des fils des milliers de fois plus fins que vos cheveux !
Dans son laboratoire, Mya menait des recherches sur les nanobatteries, lorsqu’un jour, elle a décidé d’essayer une nouvelle approche. Elle a enduit un ensemble de nanofils d’or de dioxyde de manganèse avant d’appliquer un gel électrolytique « semblable au plexiglas ». En effet, les scientifiques cherchent depuis longtemps à utiliser des nanofils dans les batteries. Ceux-ci ont l’avantage d’être très fins (des milliers de fois plus fins que nos cheveux) tout en étant très conducteurs, facilitant ainsi le transfert des électrons. Mais leur taille présente aussi un inconvénient majeur : la fragilité.
Jusqu’à 200 000 cycles de recharge
Les batteries lithium-ion existantes à base de nanofils « meurent généralement de manière dramatique après 5 000, 6 000 ou 7 000 cycles au maximum », selon la chercheuse. En effet, les minuscules filaments qu’elles incorporent résistent peu aux décharges et aux recharges répétées. Pire encore, les batteries lithium-ion ne supportent que 300 à 500 cycles de recharge. Avec la technique dont elle est l’inventrice, Mya Le Thai et ses collègues de l’université de Californie à Irvine ont pu mettre au point un prototype ayant enduré près de 200 000 cycles de recharge sur une période de trois mois. Le plus étonnant, c’est que celui-ci n’a montré aucun signe de baisse de puissance ni de fracturation de nanofils. Mieux encore, le test officiel s’est soldé par une « efficacité coulombienne moyenne de 94 à 96 % ».
Mais pourquoi une telle amélioration ?
L’équipe pense que le gel électrolytique semblable au plexiglas plastifie l’oxyde métallique dans la batterie et lui donne de la flexibilité, empêchant ainsi toute fissuration des nanofils. Dans le cadre de leurs expérimentations, Mya et ses collègues ont également pu renforcer de manière significative les filaments présents dans les batteries lithium-ion. Cette nouvelle approche pourrait être bénéfique aux véhicules électriques (avions, voitures, deux-roues, etc.) et aux appareils portables.
Les chercheurs y voient aussi une possibilité d’améliorer la durée de vie des batteries utilisées pour le stockage d’énergie dans les foyers. Bref, il s’agit d’une percée majeure qui pourrait nous aider à atteindre plus rapidement nos objectifs liés à la transition énergétique. L’étude a été menée en coordination avec le Centre de recherche sur les nanostructures pour le stockage de l’énergie électrique à l’Université du Maryland. Elle bénéficie également du financement de la division des sciences énergétiques du ministère américain de l’Énergie.
Plus d’informations : news.uci.edu