Lithium-ion : le recours au graphène permettrait de doubler la durée de vie des batteries

Une étude menée par des chercheurs de l’Université de Warwick au Royaume-Uni a permis de progresser sur l’évolution de la durée de vie et la capacité des batteries lithium-ion, largement utilisées dans l’électronique. Par exemple, Apple s’en sert pour ses gammes iPhone, iPad et MacBook.

L’équipe du Warwick Manufacturing Group (WMG) menée par Melanie Loveridge a en effet fait une découverte : le remplacement du graphite dans les anodes (électrodes négatives) des batteries lithium-ion par du silicium et du graphène sous forme de « poutres » pourrait non seulement augmenter la capacité énergétique des batteries mais aussi accroître leur durée de vie.

De nombreux chercheurs ont tenté de supplanter le graphite utilisé dans les anodes par du silicium.

Si ce dernier est abondamment disponible et qu’il fournit une densité d’énergie 10 fois supérieure, il présente de nombreux problèmes qui sont autant de freins à une potentielle utilisation commerciale.

C’est un mélange de silicium et de graphène chimiquement modifié qui est au coeur des découvertes de l’équipe WMG. De surcroît, cette nouvelle approche pourrait être industrialisée.

L’étude a été publiée le 23 janvier dernier dans la revue Scientific Reports dans un article intitulé « Phase-related Impedance Studies on Silicon-Few Layer Graphene (FLG) Composite Electrode Systems ».

Le mélange mis au point a été testé sur 100 cycles de charge-décharge par les chercheurs.

De quoi découvrir que les électrodes composites en graphène à faible teneur en silicium (FLG, acronyme anglais de « Silicon-Few Layer Graphene ») présentent un degré « d’élasticité du matériau réduisant considérablement les dommages causés par la dilatation physique du silicium pendant la lithiation ».

La lithiation est l’incorporation de lithium dans l’électrode d’une batterie lithium-ion.

Le mélange utilisé pour remplacer le graphite en tant que matériau actif d’électrode négative offre d’autres bénéficies chimiques et physiques expliqués dans l’article.

Il permet en particulier « d’atténuer la fusion électrochimique du silicium », à l’origine du vieillissement des batteries.

Le graphène avait été entrevu pour la conception de transistors ultra-véloces, puisqu’on évoque des dispositifs qui seraient des milliers de fois plus rapides que leur équivalent silicium.

Le voilà maintenant mis en avant dans l’amélioration des batteries lithium-ion largement utilisées dans l’électronique.

(crédit image © AlexanderAlUS)