Dans la course à la performance des batteries Lithium-ion, de plus en plus de chercheurs jettent leur dévolu sur le silicium, une matière qui a la particularité de pouvoir absorber de grosses quantités d’ions Lithium. Appliquée au niveau de l’anode d’une batterie, elle porte donc la promesse d’une capacité énergétique bien plus importante qu’avec des anodes au graphite, qui sont les plus courantes aujourd’hui.
Le problème, c’est que l’absorption des ions Lithium par le silicium s’accompagne aussi d’importantes variations de volume. Ceux qui utilisent cette matière sont donc obligés de prévoir de l’espace vide dans leurs batteries, ce qui réduit la densité énergétique, un élément particulièrment important pour les petits objets tels que les smartphones ou les montres connectées. Autre effet négatif : le phénomène de gonflement-dégonflement a tendance à fracturer la couche de silicium et donc à diminuer la conductivité de l’anode. Au bout d’un nombre relativement faible de cycles de recharge, la batterie est morte.
Ceinturer le silicium avec des feuilles de graphène
Des chercheurs de Samsung pensent avoir trouvé une solution à ces deux problèmes grâce au graphène, un matériau cristallin et conducteur sur lequel les atomes de carbone se répartissent de façon bidimensionnelle, comme sur une feuille. L’idée des chercheurs est de saupoudrer sur l’anode des nanoparticules de silicium, sur lesquelles ils feront « pousser » des petites feuilles de graphène qui se superposeront les unes aux autres. Elles permettront, d’une certaine manière, de ceinturer le silicium lorsque les ions Lithium migreront vers l’anode et le feront grossir. Ce qui a pour effet de préserver l’intégrité de la couche de silicium. Par ailleurs, les feuilles de graphène rendent l’absorption globalement plus homogène, réduisant du coup le besoin de place.
Les premiers tests sont encourageants. Les chercheurs de Samsung ont constaté une densité énergétique entre 1,5 et 1,8 fois supérieure à une batterie usuelle, et cela même au bout de plusieurs milliers de cycles de charge. L’autonomie pourrait ainsi passer de 12h à 21h, à volume de batterie équivalent. Mais pas la peine d’espérer un tel gain de performance pour les prochains modèles de Samsung Galaxy. Il s’agit, pour l’instant, que d’un projet qui devra être validé sur le plan industriel. Ce qui peut prendre encore quelques années.
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