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Du silicium pour améliorer les batteries lithium-ion

Image 1 : Du silicium pour améliorer les batteries lithium-ionSi les batteries Lithium-ion actuellement utilisées dans de très nombreux appareils électroniques affichent de meilleurs performances que les anciens accumulateurs NiCd ou NiMH, les recherches continuent pour améliorer encore les performances et la durée de vie de ce type de batteries. Des chercheurs de l’université américaine Northwestern viennent justement d’annoncer la mise au point d’une nouvelle anode composée de silicium et de graphène, là où les électrodes négatives classiques sont composées uniquement de graphite.

Un peu de silicium et de graphène

Les accumulateurs Lithium-ion souffrent à l’heure actuelle de deux défauts : le temps nécessaire pour recharger, et l’autonomie. Avec une anode classique en graphite, chaque ion lithium doit être en contact avec 6 atomes de carbone. Cela réduit d’autant le nombre d’ions pouvant être hébergé simultanément par l’anode, et donc la capacité de charge électrique de l’accumulateur. A l’inverse, une anode en silicium permet d’améliorer la capacité de l’accumulateur, chaque atome de silicium pouvant héberger 4 ions lithium.

Image 2 : Du silicium pour améliorer les batteries lithium-ionIl est toutefois impossible d’utiliser le silicium seul : il a en effet tendance à gonfler et à se rétracter lors de chaque cycle de charge/décharge, pour finir par se casser. La solution a donc été d’empiler des couches de silicium sur des feuilles de graphène, puis de percer ces feuilles de graphène de minuscules trous (10 à 20 nm), créant autant de raccourcis permettant aux ions d’aller et de venir entre l’anode et l’électrolyte. Il en résulte un temps de charge beaucoup plus rapide qu’avec une batterie Li-ion classique.

Au final, les chercheurs de l’université Northwestern estiment qu’il est possible d’obtenir avec le fruit de leurs recherches des batteries qui se rechargent dix fois plus vite que les accumulateurs Li-ion actuels, et avec une autonomie 10 fois plus importante. Ils devraient désormais concentrer leurs travaux sur la cathode et sur un électrolyte capable de protéger la batterie en cas de surchauffe. Rendez-vous dans quelques années…