Cette découverte va rendre nos batteries de smartphones et de voitures presque immortelles
Source : Frandroid
Introduction de la découverte et du contexte
- Les batteries au lithium fonctionnent grâce à des matériaux, notamment des électrodes positives (les cathodes) qui stockent et libèrent l'énergie. Les chercheurs ont travaillé sur un type particulier de matériau : les cathodes à base de manganèse riches en lithium, qui peuvent stocker jusqu'à 30 % de plus d'énergie que les cathodes classiques.
- Cependant, ces matériaux ont un défaut : avec le temps, ils perdent en stabilité en raison de l'activité redox de l'oxygène, ce qui dégrade la structure du matériau et rend la batterie moins performante.
- Les chercheurs ont découvert que lorsque ces matériaux sont chauffés à une température de 150 à 250 °C, ils se contractent au lieu de se dilater, ce qui permet de réorganiser la structure interne du matériau et de réparer les dégâts, faisant ainsi « rajeunir » la batterie.
Explication du phénomène de contraction thermique et de son étude
- Ce phénomène, appelé dilatation thermique négative (ou NTE), a été étudié avec une technologie de pointe, la diffraction des rayons X synchrotron (SXRD), qui a permis de découvrir que la contraction est liée à un désordre dans la structure du matériau, qui se réorganise de manière plus ordonnée sous l'effet de la chaleur.
- Les chercheurs ont découvert un lien chiffré entre l’activité de l’oxygène et le phénomène de contraction thermique dans les matériaux d’électrode positive à base de manganèse riches en lithium, ce qui leur a permis de contrôler ce phénomène en ajustant la composition chimique du matériau.
- En créant une version du matériau avec une dilatation thermique proche de zéro, les chercheurs ont pu mettre au point une technique appelée « recuit électrochimique » qui aide à déclencher une réorganisation de la structure directement dans la batterie, sans même la chauffer, ce qui permet à la batterie de retrouver presque 100 % de sa tension initiale.
Implications et applications de la découverte
- Cette découverte, publiée dans la prestigieuse revue Nature, aura des implications concrètes, notamment la possibilité de fabriquer des batteries plus durables, plus écologiques et plus puissantes, qui pourraient propulser des avions électriques ou des drones longue distance, et qui coûtent moins cher à produire grâce à l’utilisation du manganèse.
- Les nouvelles batteries pourraient également être plus « intelligentes », capables de se réparer automatiquement grâce à des stratégies de charge optimisées, et ouvrent la voie à des applications dans d’autres domaines, tels que les capteurs, les panneaux solaires ou les matériaux de construction.
Perspectives et impact sur la conception des matériaux
- Les chercheurs proposent une nouvelle approche pour concevoir des matériaux, en exploitant le « désordre » des matériaux pour créer des propriétés inédites, ce qui pourrait révolutionner la manière de penser les technologies de demain et avoir des implications bien au-delà des batteries.
Éloge de la Robustesse