Des chercheurs ont atteint le Saint Graal des batteries au lithium

La batterie est devenu un élément déterminant de l’expérience utilisateur d’un produit : plus elle est grande, meilleure est l'autonomie de l'appareil. Alors que la technologie avait tendance à stagner sur la génération actuelle, une équipe de chercheurs affirme être sur la piste du « Saint Graal » des accumulateurs lithium-ion.

C'est l'histoire d'un électrolyte, d'une anode et d'une cathode...

Si l’on veut utiliser longtemps un produit mobile, qu’il s’agisse d’un portable, d’un smartphone, d’une tablette, d’un appareil photo ou encore d’un dictaphone, il n’existe que deux leviers : augmenter la capacité de la batterie et diminuer la consommation. Ce deuxième facteur est l’un des grands objectifs de ces dernières années et de très gros progrès ont été faits dans ce domaine. On se rappelle par exemple de l’arrivée des processeurs Haswell chez Intel, qui avait notamment permis à Apple de faire passer l’autonomie de certains MacBook Pro de 7 à 12 heures.

Mais dans les smartphones en particulier, les constructeurs font face à un problème, justement, de taille : les dimensions limitées du produit imposent des restrictions très nettes au volume de la batterie. Or, ce volume a un impact direct sur l’autonomie. Plus sa taille augmente, plus la quantité d’électrolyte est importante. L’électrolyte est le composant qui contient les électrons : c’est leur déplacement entre l’anode et la cathode qui produit l’électricité.

L'anode en lithium, le Saint Graal 

L’électrolyte est évidemment important et est constitué d’un métal alcalin : le lithium. C’est ce dernier qui possède la plus grande densité énergétique, c’est-à-dire celui qui fournit le plus d’électrons à volume égal. Mais l’efficacité des batteries serait grandement améliorée sur l’anode, qui décharge les électrons, si elle était elle-même constituée de lithium. Seulement voilà, personne n’y est arrivé jusqu’à présent. Pourquoi ? Parce qu’avec le temps, le lithium se « dilate », créant fissures et excroissances, appelées dendrites. Ces dernières court-circuitent alors la batterie et diminuent rapidement son espérance de vie. Autre problème : un risque de chauffe accru.

Une équipe de chercheurs, de l’université américaine de Stanford, a annoncé récemment qu’elle avait justement réussi à produire une telle anode. Pour protéger l’anode de lithium, les chercheurs ont créé un véritable bouclier constitué de dômes de carbones entrecroisés qu’ils ont appelés « nanosphères ». Yi Cui, qui dirige l’équipe, a expliqué à Phys.org que les nanosphères composent un maillage en nid d’abeilles uniforme et flexible, mais surtout stable chimiquement et qui empêche donc les réactions instables entre l’anode et l’électrolyte.

Des résultats très prometteurs 

Cette découverte pourrait très largement augmenter l’efficacité faradique de la batterie, c’est-à-dire sa capacité à extraire réellement les électrons de l’électrolyte. Pour comparer les premiers résultats prometteurs, Phys.org indique que les expériences impliquant des anodes en lithium fournissaient un excellent rendement de 96 %. Malheureusement, il s’effondrait à moins de 50 % après 100 cycles (recharges), un problème de taille. Les expériences des chercheurs de Stanford ont permis d’observer un rendement de 99 % qui était toujours stable après 150 cycles.

Maîtrisée, cette technologie pourrait permettre un gain plus que significatif en multipliant par trois ou quatre l’efficacité des batteries, de quoi observer un bond de géant dans l’autonomie des appareils. Et si nous parlions pour l’exemple de smartphones, il faut imaginer l’impact sur tous les appareils, y compris les batteries de voitures. Et quand on pense au potentiel des véhicules électriques, on imagine aisément les espoirs un peu fous que cette réalisation peut engendrer.

Dans tous les cas, il faudra que la technologie soit maîtrisée, car elle ne fournit pour l'instant que des résultats en laboratoire.