Une batterie externe en graphène qui recharge votre smartphone en 15 minutes

Graphene molecular mesh

Il est flexible, léger, ultra résistant, transparent et, surtout, excellent conducteur. La liste des qualités du graphène, feuillet d’une seule épaisseur d’atomes de carbone organisés en nids d’abeilles, est impressionnante. Ce matériau, isolé en 2004, pourrait révolutionner la technologie électronique de demain.

A cette effet, Dongxu Optoelectronics un groupe chinois a dévoilé une batterie rechargeable en 15 minutes. Celle-ci est faite en graphène, un matériau très conducteur, flexible et résistant. Déjà, lors du CES a Barcelone, la société britannique Zap & Co a présenté de son côté un chargeur sans fil pour téléphones portables et tablettes en graphène. En cinq minutes, il est entièrement chargé. Elle en a produit pour l’instant 2.000 exemplaires, distribués à la presse ou vendus à des clients en pré-commande.

Améliorer les performances des batteries

« Ceci pourrait à terme remplacer les batteries de lithium présentes dans des milliards d’appareil« , à condition de gagner en puissance et de diminuer en taille » disait à l’époque Simmon Arris directeur marketing de Zap & Co.

Les batteries classiques stockent les ions lithium dans des structures en graphite dont la capacité est limitée. Des scientifiques du CEA-Inac et de l’Institut des matériaux de Nantes ont réalisé avec du graphène une structure poreuse, semblable à une éponge, dans laquelle ils ont inséré des nanoparticules de silicium. Ces dernières stockent les ions lithium tandis que le graphène assure la stabilité mécanique et la connexion électrique avec l’électrode. Les chercheurs ont ainsi multiplié par dix la quantité d’énergie emmagasinée. La robustesse mécanique de ce cristal permettra aussi d’augmenter la durée de vie de la batterie qui pourrait passer de mille à dix mille cycles de charge/décharge. D’après Li Zhaoting, le président de Dongxu, la batterie conçu avec le graphène pourra supporter 3 500 cycles de charge. Ce dernier n’a cependant donné aucune information quant à la date de commercialisation du produit.

  • Des chargeurs instantanés

Si les batteries stockent de l’énergie sur le long terme, les super condensateurs pourraient eux, recharger un téléphone portable en quelques secondes. Ils sont constitués de deux électrodes séparées par un liquide appelé électrolyte où circulent des ions. Ceux-ci se fixent puis se détachent de la surface poreuse des électrodes au gré des charges et des décharges. Ces surfaces poreuses sont actuellement faites de charbon en poudre. Les réaliser avec des nanofeuillets de graphène permettrait d’augmenter la surface de contact avec l’électrolyte et d’obtenir une plus grande capacité de stockage des ions.

  • Des piles à combustible

À plus long terme, les piles à combustible sont aussi dans le viseur. Le principe : fabriquer de l’électricité grâce à l’oxydation de l’hydrogène, d’un côté, couplée à la réduction de l’oxygène de l’air, de l’autre. Pour dissocier l’hydrogène, il faut utiliser du platine comme catalyseur. Or son coût est très élevé. Mais structurer l’électrode avec du graphène à l’échelle microscopique augmenterait le taux d’utilisation du platine et, in fine, le rendement de la catalyse. Enfin, les scientifiques envisagent même le stockage de l’hydrogène lui-même avec ces feuillets de carbone, plutôt que de l’emmagasiner dans des bombonnes qui nécessitent actuellement une coûteuse mise sous pression. « Le graphène interviendrait ainsi à toutes les étapes de la chaîne énergétique : le stockage et l’utilisation », imagine Étienne Quesnel du Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives. Il faudra cependant attendre une dizaine d’années pour la mise en pratique de cette application.

Une production encore limitée

Si ces utilisations promettent beaucoup, des obstacles restent à franchir avant d’envisager leur mise en pratique. À commencer par la fabrication de la molécule de graphène elle-même. « Il existe plusieurs méthodes, chacune donne des matériaux de qualité différente », explique Annick Loiseau, du Laboratoire d’étude des microstructures, et membre du bureau exécutif du Flagship Graphène. Certains débouchés comme les écrans souples ne sont pas très exigeants sur la qualité du graphène, mais d’autres comme la nanoélectronique réclament une très grande pureté qui n’est pour l’instant obtenue que sur quelques millimètres carrés au maximum. « Il faut optimiser ces procédés pour les rendre rentables », insiste Annick Loiseau. Enfin, si sur le plan théorique les chercheurs connaissent déjà bien les propriétés de ce nouveau matériau, la compréhension des multiples interactions avec les environnements où il est intégré (nanoparticules, molécules organiques, etc.) reste un défi. Un défi qu’il faudra relever avant que le graphène ne bouleverse le royaume de l’électronique.

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