Les scientifiques inventent des électrodes de batterie qui s’auto-réparent

Les chercheurs ont créé la première électrode de batterie qui se guérit toute seule, ouvrant ainsi la voie vers la prochaine génération de batteries lithium-ion plus durables pour les voitures électriques, les téléphones cellulaires et autres appareils. Selon l’équipe de l’Université de Stanford, Le secret est un polymère élastique qui recouvre l’électrode et qui guérit spontanément des minuscules fissures qui se développent pendant le fonctionnement de la batterie.

L’auto-guérison est très importante pour la survie et pour une longue durée de vie des animaux et des plantes. Nous voulons intégrer cette fonctionnalité dans les batteries lithium-ion pour qu’ils aient une durée de vie longue.

– Wang Chao, chercheur postdoctoral à Stanford.

Chao a développé avec le professeur Zhenan Bao, le polymère d’auto-réparation dans le laboratoire de Stanford. Chao a ajouté des minuscules nanoparticules de carbone dans le polymère pour qu’il puisse conduire l’électricité.

Nous avons constaté que les électrodes de silicium dure 10 fois plus longtemps lorsqu’elles sont revêtues de polymère auto-guérissant qui réparent les fissures en quelques heures”.

– Wang Chao

Les électrodes ont fonctionné pendant 100 cycles de charge et de décharge sans perte significative de leur capacité de stockage d’énergie. C’est encore assez loin de l’objectif des 500 cycles pour les téléphones cellulaires et 3000 cycles pour les véhicules électriques mais la prouesse est là, il semble que ça marche.

– Yi Cui, directeur de recherche avec Bao.

Même si les fabricants de smartphones améliorent chaque année la durée et l’efficacité des batteries, nous smartphones tiennent difficilement la journée. Donc les chercheurs cherchent les moyens de stocker plus d’énergie dans les électrodes négatives des batteries lithium-ion pour atteindre de meilleures performances tout en réduisant leur poids. L’un des matériaux d’électrode les plus prometteurs est le silicium. Il a une grande capacité pour absorber de l’énergie pendant la charge, puis de la libérer lorsque la batterie fonctionne. Mais cette grande capacité a un prix: les électrodes de silicium gonflent de trois fois leur taille normale pendant la charge et diminuent à nouveau chaque fois que la batterie se décharge. Le matériau étant aussi fragile se fissure avec le temps en dégradant les performances de la batterie.

C’est un problème pour toutes les électrodes de batteries de grande capacité.

– Hui Wu, membre du corps professoral de l’Université de Tsinghua à Pékin.

Pour rendre le revêtement auto-réparant, les scientifiques ont délibérément affaibli certaines liaisons chimiques au sein du polymère. Ces liaisons sont de longues molécules en chaîne ayant plusieurs unités identiques. Le matériau résultant se casse facilement, mais les extrémités cassées sont chimiquement attirées les uns des autres et rapidement reliées imitant le processus qui permet aux molécules biologiques comme l’ADN de s’assembler, de se réorganiser et de se décomposer.

Les chercheurs du laboratoire de Cui ont testé des techniques pour garder les électrodes en silicium intacts et améliorer leurs performances mais ils impliquent souvent des matériaux exotiques et des techniques de fabrication qui sont difficiles à implémenter à grande échelle pour leur production.

La recherche a été financée par le Department of Energy (DOE) à travers le Laboratoire SLAC. Le résultat des recherches ont été publiés dans Nature Chemistry du 19 novembre.

Source: Stanford