Powerbank : A quand des batteries qui durent 10 fois plus longtemps ?

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Une équipe de chercheurs de la Northwestern University, menée par le professeur Harold Kung, a annoncé avoir mis au point un nouveau type d’accumulateurs Li-Ion qui pourraient décupler l’autonomie des appareils mobiles, tout en prenant dix fois moins de temps à être rechargés.

Ces chercheurs se sont intéressés à la conception de l’anode des accumulateurs Li-Ion, qui utilise un composé d’insertion du graphite (lithium à l’état ionique entre des couches de graphène). À la charge, les ions vont de l’anode à la cathode via ces couches très fines (un atome de carbone d’épaisseur) et extrêmement longues, et font le chemin inverse à la décharge : la durée de la charge dépend de la rapidité de ce parcours, tandis que la capacité dépend de la densité d’ions par couche. Le silicium a souvent été envisagé comme un remplaçant potentiel du graphène : certes, les électrons s’y déplacent trente fois moins vite que dans le graphène, qui est plus résistant, mais le silicium peut « stocker » beaucoup plus d’ions (quatre ions lithium pour un atome de silicium, contre un ion lithium tous les six atomes de carbone).

L’équipe de Kung a eu l’idée de combiner les deux matériaux : des nano-structures de silicium sont insérées entre les couches de graphène. Ces structures augmentent la capacité de l’accumulateur tout en conservant les avantages du graphène : l’autonomie, selon Kung, pourrait ainsi être décuplée. Pour résoudre le problème de la circulation des ions, renforcé par l’utilisation de silicium, les chercheurs ont aussi eu l’idée de créer des défauts dans les couches de graphène, des « raccourcis » d’un diamètre de 10 à 20 nm. C’est ici la durée de charge qui est accélérée, là encore d’un facteur de dix.

Cette approche n’a qu’un seul défaut : alors que les accumulateurs Li-Ion les plus perfectionnés conservent leurs propriétés pendant 1000 cycles de charge, ces accus se dégradent très vite. Après 150 cycles, ils ne sont plus « que » cinq fois plus performants que les batteries Li-Ion actuels — mais ces 150 cycles équivalent potentiellement à 1 500 cycles d’un accu actuel. Les chercheurs vont maintenant essayer d’améliorer la cathode, qui utilise aussi un composé d’insertion, cette fois avec un oxyde de métal.

Kung espère que ces techniques seront sur le marché d’ici trois à cinq ans : un smartphone pourrait alors être rechargé en quinze minutes, et posséder une autonomie de plus d’une semaine.

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