Les avancées récentes en matière de batteries lithium-ion (LIBs) se concentrent sur la sécurité et la performance, deux enjeux majeurs dans le domaine du stockage d’énergie. Une équipe internationale de chercheurs a mis au point une méthode pour produire des collecteurs en graphène à grande échelle, ouvrant l’accès à des batteries plus sûres et plus performantes.
Des scientifiques de l’Université de Swansea, en collaboration avec leurs homologues des universités de technologie de Wuhan et de Shenzhen, ont développé une technique novatrice pour la fabrication à grande échelle de collecteurs de courant en graphène. Cette découverte, publiée dans la revue Nature Chemical Engineering, a pour objectif d’améliorer considérablement la sécurité et les performances des batteries lithium-ion (LIB).
Le protocole élaboré par l’équipe de recherche permet, pour la première fois, de produire des feuilles de graphène sans défaut à l’échelle commerciale. Ces feuilles présentent une conductivité thermique exceptionnelle, atteignant jusqu’à 1 400,8 W m–1 K–1. Cette valeur s’avère presque dix fois supérieure à celle des collecteurs de courant traditionnels en cuivre et en aluminium utilisés dans les LIB.
Un bond en avant pour la technologie des batteries
Le Dr Rui Tan, co-auteur principal de l’étude et chercheur à l’Université de Swansea, a souligné l’importance de cette avancée. Il a indiqué : « Notre méthode permet la production de collecteurs de courant en graphène à une échelle et une qualité qui peuvent être facilement intégrées dans la fabrication commerciale de batteries. Cela améliore non seulement la sécurité des batteries en gérant efficacement la chaleur, mais augmente également la densité énergétique et la longévité. »
L’un des défis majeurs dans le développement des LIB à haute énergie, en particulier pour les véhicules électriques, réside dans le risque d’emballement thermique. Ce phénomène dangereux, où une chaleur excessive entraîne la défaillance de la batterie, peut provoquer des incendies ou des explosions. Les collecteurs de courant en graphène ont été conçus pour atténuer ce risque en dissipant efficacement la chaleur et en prévenant les réactions exothermiques à l’origine de l’emballement thermique.
Une structure de graphène dense et alignée pour une sécurité accrue
Le Dr Jinlong Yang, co-auteur principal de l’Université de Shenzhen, a expliqué : « Notre structure de graphène dense et alignée fournit une barrière robuste contre la formation de gaz inflammables et empêche l’oxygène de pénétrer dans les cellules de la batterie, ce qui est crucial pour éviter les défaillances catastrophiques. »
Le nouveau procédé ne se limite pas à un succès en laboratoire. Il s’agit d’une solution adaptable à l’échelle industrielle, capable de produire des feuilles de graphène d’une longueur allant de quelques mètres à plusieurs kilomètres. Dans une démonstration impressionnante de son potentiel, les chercheurs ont fabriqué une feuille de graphène de 200 mètres de long et de 17 micromètres d’épaisseur.
La feuille a conservé une conductivité électrique élevée même après avoir été pliée plus de 100 000 fois, la rendant idéale pour une utilisation dans l’électronique flexible et d’autres applications avancées.
Un processus adaptable pour des applications variées
Cette nouvelle approche permet également de produire des feuilles de graphène d’épaisseurs personnalisables, ce qui pourrait conduire à des batteries encore plus efficaces et plus sûres. Les implications de cette découverte s’étendent bien au-delà du domaine des batteries lithium-ion. Les propriétés uniques du graphène ouvrent la voie à de nombreuses applications dans divers secteurs technologiques.
L’innovation apportée par cette équipe internationale de chercheurs pourrait marquer un tournant dans la technologie des batteries. Elle promet non seulement d’améliorer la sécurité et les performances des dispositifs de stockage d’énergie actuels, mais aussi de stimuler le développement de nouvelles applications dans le domaine de l’électronique flexible et des énergies renouvelables.
Légende illustration : Des chercheurs de l’université de Swansea, en collaboration avec l’université technologique de Wuhan et l’université de Shenzhen, ont mis au point une technique novatrice pour produire des collecteurs de courant en graphène à grande échelle. Crédit : Swansea University
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