Par Luisa Filipponi, PhD, Conseillère scientifique auprès de Nanochannels
Les batteries lithium sont très courantes et utilisées dans de nombreux appareils électroniques comme les smartphones et les caméras numériques. Comme vous le savez probablement, les batteries lithium ne durent pas éternellement ; la batterie « meurt » après un usage prolongé, sa durée de vie étant déterminée. Celle-ci dépend de plusieurs facteurs. L’un de ces facteurs essentiels est l’électrode (l’anode) de charge et de décharge de la batterie, généralement composée de graphite. Chaque fois qu’une batterie est mise en charge, les ions lithium pénètrent par les pores de l’électrode de graphite qui se dilate, et lorsque la batterie est en fonctionnement, les ions sont libérés et les pores se resserrent. Ces opérations répétées de dilatation et de resserrement usent l’électrode de graphite qui finit par se fissurer, entraînant une baisse des performances de la batterie.
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La capacité des batteries lithium est un autre facteur important : plus les ions qui pénètrent dans l’anode sont nombreux, plus la capacité de la batterie est élevée. Le silicium, qui est le meilleur matériau pour stocker les ions lithium, présente une alternative au graphite. Comparé à celui-ci, le silicium peut stocker 10 fois plus de ions lithium mais il fait plus que tripler de volume en pleine charge. Ce niveau de gonflement finit rapidement par altérer les contacts électriques de l’anode.
Les scientifiques du Laboratoire national Berkeley du Département américain de l’Énergie viennent d’annoncer un moyen efficace d’utiliser les propriétés de stockage du lithium des particules de silice tout en conservant les capacités conductives et la solidité de l’électrode. Cette nouvelle conception est réalisée à partir d’un polymère conducteur qui possède la propriété de se souder fermement aux particules de silice stockeuses de lithium. Lorsque la batterie est chargée, tout le système (le polymère contenant les particules soudées) se dilate trois fois plus que son volume, puis se rétracte à nouveau lors de la décharge. Cette nouvelle électrode peut absorber huit fois plus de lithium que les conceptions actuelles. De plus, même après une année de tests et des centaines de cycles de charge et de décharge, la batterie a conservé ses capacités énergétiques. Les nouvelles anodes sont réalisées avec des matériaux à faible coût et leur fabrication est compatible avec les technologies de production standard des batteries lithium. Il s’agit d’une excellente nouvelle pour l’avenir de l’électronique, et tout particulièrement pour le futur des véhicules électriques qui dépend de la fiabilité et de la robustesse de leurs batteries.
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