Des nanos protègent une anode en lithium pur pour des batteries trois fois plus denses

Des chercheurs de Stanford ont développé une couche de protection pour anode à base de nanosphères qui leur a permis de concevoir une batterie au lithium disposant d'une densité énergétique trois fois supérieure à celle des accumulateurs actuels.

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Des nanos protègent une anode en lithium pur pour des batteries trois fois plus denses

Des chercheurs de l'université de Stanford ont publié dans la revue Nature Nanotechnology leurs travaux dans la création d'une anode de batterie en lithium. A l'heure actuelle, le lithium reste le matériau le plus prometteur pour stocker l'énergie, mais les batteries lithium-ion utilisées par toutes les industries emploient des anodes (le pôle négatif de la batterie depuis lequel sont envoyés les ions dans l'appareil auquel elle est connectée) en graphite ou en silicium, car le lithium se dilate trop lors de la charge, et de manière trop irrégulière. L'utilisation d'une anode en lithium permettrait pourtant de tripler la densité énergétique des batteries actuelles, et représenterait un élément clé des progrès technologiques à venir, qu'il s'agisse d'alimenter des objets connectés ou des voitures électriques.

Pour parvenir à fabriquer une anode en lithium stable, les chercheurs ont créé une couche de dômes de carbone interconnectés sur leur anode, qu'ils appellent des nanosphères. Cette couche de nanosphères, qui ne mesure que 20 nanomètres d'épaisseur, possède une structure similaire aux rayons d'une ruche, ce qui en fait une pellicule uniforme, flexible et non-réactive. Elle protège l'anode à la fois des dégâts causés par l'expansion du lithium lors de la charge, et aussi des réactions chimiques provoquées par son contact avec l'électrolyte (augmentation de la température, réduction de la durée de vie, risques d'explosion). Ces réactions chimiques sont la raison des incendies provoqués par les batteries dans certains appareils (électronique grand public, voitures électriques Tesla, le Dreamliner de Boeing, etc.).

Ces nanosphères augmentent, grâce à leur stabilité chimique et leur flexibilité mécanique, le rendement coulombique des accumulateurs, c'est à dire le ratio de la quantité de lithium extraite de la batterie lors de son utilisation par rapport à la quantité récupérée lors de la charge. La durée de vie des batteries est calculée selon le nombre de cycles complets de charge/décharge qu'elle peut endurer. Pour être commercialisée une batterie se doit d'avoir un rendement d'au moins 99,9%, et ce sur le plus grand nombre de cycles possible. Jusqu'à maintenant, les anodes en lithium non protégées n'atteignaient que 96% d'efficacité énergétique, et ce rendement descendait à seulement 50% au bout de cent cycles. Le prototype développé par les chercheurs de Stanford démontre quant à lui un ratio de 99% même au bout de 150 cycles. Si la technologie n'est pas encore tout à fait prête, les ingénieurs sont convaincus qu'en utilisant de nouveaux électrolytes et en affinant leur système ils pourront enfin produire une anode de lithium métallique stable, qui donnera naissance à la prochaine génération de batteries rechargeables.

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