Des chercheurs de l’Université de Californie ont développé un nouveau matériau pour les batteries lithium-ion qui a le potentiel d’augmenter de plusieurs fois la quantité d’énergie qui peut être délivrée par unité de poids.
Ce matériau analogue à du papier se compose de nanofibres de silicium spongieuses, et plus de 100 fois plus fins que des cheveux humains. Il pourrait être utilisé dans les batteries des véhicules électriques et des appareils électroniques.
Les résultats ont été publiés sous le nom : "Towards Scalable Binderless Electrodes: Carbon Coated Silicon Nanofiber Paper via Mg Reduction of Electrospun SiO2 Nanofibers," de la revue scientifique Nature.
Les nanofibres ont été produites en utilisant une technique connue sous le nom d’électrofilage. Ainsi, 20.000 à 40.000 volts sont appliqués entre le tambour rotatif et la buse, qui émet une solution composée principalement d’orthosilicate de tétraéthyle (TEOS), un composé chimique fréquemment utilisé dans l’industrie des semi-conducteurs. Les nanofibres sont ensuite exposées à la vapeur de magnésium afin de produire une structure en fibres de silicium comparable à une éponge.
La fabrication d’anodes des batteries lithium-ion est réalisée en utilisant une feuille de cuivre revêtue d’un mélange de graphite, d’un additif conducteur et d’un liant polymère. Mais à cause d’une performance du graphite qui s’amenuise avec le temps, les chercheurs ont fait des expériences avec d’autres matériaux, tels que le silicium, qui possède une charge électrique par unité de poids, près de 10 fois plus élevés que le graphite.
Le problème avec le silicium reste qu’il souffre d’une expansion volumique importante, pouvant dégrader rapidement la batterie. La structure de nanofibres de silicium créée dans les laboratoires de l’Ozkan contourne ce problème et permet à la batterie d’être soumise à des centaines de cycles sans dégradation significative.
"La suppression des collecteurs métalliques de courant et de liants polymères inactifs associés à un matériau énergétique dense tel que le silicium va stimuler de façon significative les capacités d’autonomie des véhicules électriques", a déclaré Zach Favors.
Cette technologie dot permettre également de résoudre un problème qui touche les électrodes sur des années : cad leur évolutivité. Les matériaux autoportants cultivés en utilisant les dépôts chimiques en phase vapeur, comme les nanotubes de carbone ou les nanofils de silicium, ne peuvent être produit qu’en très petites quantités (microgrammes). Cependant, les chercheurs ont été en mesure de produire en laboratoire quelques grammes de nanofibres de silicium.
Les futurs travaux des chercheurs vont maintenant consister à mettre en œuvre les nanofibres de silicium dans une batterie lithium-ion d’un format standard, applicable dans les véhicules électriques et les appareils électroniques portables.
** Auteurs : Mihri Ozkan, professeur de génie électrique et informatique, Cengiz S. Ozkan, professeur de génie mécanique, et six de leurs étudiants diplômés : Zach Favors, Hamed Hosseini Bay, Zafer Mutlu, Kazi Ahmed, Robert Ionescu et Rachel Ye.
…prendre son mal en patience, en espérant que mes petits-enfants, pas encore là en verront la concrétisation. En tout cas, sur le papier, c’est plus que prometteur. Rendez-vous… à plus tard
Il y a la recherche appliquée ayant un but à moyen terme, la recherche théorique ayant un but souvent indéfini et la recherche technologique dont l’application à court terme est envisageable. Qui aurait pu prédire en 1870 que l’algèbre de BOOLE serait appliqué ? Qui aurait pu prévoir que l’ENIAC serait un jouet d’enfant devant l’informatique contenue par un simple ordinateur portable ? Qu’importe le temps nécessaire pour la maturation de la recherche ! le hasard produit souvent des résultats inattendue comme la découverte du téflon et celle des footbalen et microfibres creuses de carbone. Un laboratoire du CNRS, à THIAIS, travaillait dans ce domaine en 1990… D’autres travaux étaent conduits, je crois, à Paris VI… Le résultat est là, aujourdhui, plus de 20 ans plus tard, avec de premières applications. Alors, Salut et continuez à chercher
A Pastilleverte. … en espérant que mes petits-enfants, pas encore là en verront la concrétisation… L’application industrielle d’une telle découverte,ne mettra pas plus de 6 ou 7 ans pour arriver dans le commerce,et permettre d’obtenir ainsi,ces batterries 3 fois plus stockeuses d’énergie électriques par unités de masse,que les Li-ions actuelles,dans le commerce.Ainsi un VE actuel qui fait une autonomie de 150 km au réel(et 240 km en valeur théorique annoncée par les constructeurs),fera avec la nouvelle batterie,dans 6 ou 7 ans,une autonomie de 450 km au réel (et 720 km en valeur théorique annoncée par les constructeurs). Rendez vous,donc,en 2021-2022,c’est pas si loin(faut juste être un peu patient).