Une batterie inventée par accident a la capacité de durer 400 ans

Des chercheurs inventent accidentellement une batterie qui dure éternellement

Les accidents dans les laboratoires ne sont pas une bonne chose. Mais que se passerait-il si cet accident produisait un résultat inattendu conduisant les chercheurs à un système qui pourrait faire durer les batteries jusqu’à 400 fois plus longtemps que les meilleures batteries actuelles ?

Des chercheurs de l’Université de Californie, Irvine, ont accidentellement créé une batterie qui peut durer jusqu’à 200 000 cycles de recharge et peut durer jusqu’à 400 fois plus longtemps. Cette découverte pourrait nous rapprocher de batteries pouvant être rechargées des milliers de fois, sans besoin de remplacement.

L’idée originale de la recherche était de créer une batterie à état solide en remplaçant le liquide commun dans les batteries au lithium par un gel électrolytique beaucoup plus épais, selon leur étude publiée dans la revue ACS Energy Letters. Ils ont également substitué le lithium dans les batteries par des nanofils d’or pour le stockage électrique.

« Nous avons commencé à cycler les dispositifs, et nous avons alors réalisé qu’ils n’allaient pas mourir », a déclaré Reginald Penner, un des auteurs principaux de l’article. « Nous ne comprenons pas encore le mécanisme de cela. »

La technologie de batterie d’Irvine utilise un nanofil d’or, pas plus épais qu’une bactérie, recouvert d’oxyde de manganèse et ensuite protégé par une couche de gel électrolytique. Le gel interagit avec le revêtement en oxyde métallique pour éviter la corrosion. Plus le fil est long, plus la surface est grande, et plus il peut contenir de charge.

« [Le gel] fait plus que simplement maintenir le fil ensemble. Il semble en fait rendre l’oxyde métallique plus doux et plus résistant aux fractures. Il augmente la ténacité à la fracture de cet oxyde métallique qui effectue le stockage de charge », a déclaré Penner.

La nanobatterie de l’UCI a été testée dans des conditions d’essai pendant une période de trois mois, produisant une « efficacité coulombique moyenne de 94 à 96 % », selon les chercheurs. Aucune perte de capacité ou de puissance et aucune fracture de nanofils n’a été enregistrée lors du test.

La candidate au doctorat de l’UCI, Mya Le Thai, a été celle qui a rendu l’invention accidentelle une réalité lorsqu’elle a recouvert un ensemble de nanofils d’or d’oxyde de manganèse, puis appliqué un gel électrolytique « semblable à du plexiglas ». Ces nanofils se dégradent généralement après une utilisation limitée, car leur fragilité les fait se fissurer lors des charges et décharges. Cependant, lorsque les chercheurs de l’UCI ont testé les versions de Mya, ils ont constaté qu’elles étaient presque entièrement intactes et prêtes pour une utilisation ultérieure.

« Mya jouait, et elle a recouvert tout cela d’une très fine couche de gel et a commencé à le cycler », a déclaré Penner. « Elle a découvert qu’en utilisant simplement ce gel, elle pouvait le cycler des centaines de milliers de fois sans perdre de capacité. »

« C’était fou, car ces choses meurent généralement de manière dramatique après 5 000 ou 6 000 ou 7 000 cycles au maximum », a-t-il déclaré.

Les chercheurs soupçonnent que le gel a provoqué la plastification de l’oxyde métallique dans la batterie, offrant à ses nanofils une flexibilité et une longévité nouvelles à la batterie.

« L’électrode recouverte conserve beaucoup mieux sa forme, ce qui en fait une option plus fiable », a déclaré Thai. « Cette recherche prouve qu’une électrode de batterie basée sur des nanofils peut avoir une longue durée de vie et que nous pouvons rendre ces types de batteries réelles. »

Si cette nouvelle technologie est appliquée aux appareils électroniques grand public actuels, elle peut créer une batterie qui peut durer 400 fois plus longtemps que les batteries au lithium courantes. Mais la nanobatterie de l’UCI est encore en phase de développement, et il faudra encore du temps avant qu’elle ne soit commercialement disponible. Cependant, une fois disponible, elle pourrait faire une grande différence pour les ordinateurs, les smartphones et les appareils sur le marché en termes de fourniture d’énergie aux dispositifs.

L’étude a été réalisée en coordination avec le Nanostructures for Electrical Energy Storage Energy Frontier Research Center de l’Université du Maryland, avec un financement de la division des sciences de l’énergie fondamentale du département américain de l’énergie.

Source : UCI news