Une révolution dans le domaine l’énergie portée par le graphène.
Pour faire face à l’augmentation croissante de véhicules équipés de batteries, qu’ils soient hybrides ou électriques.ependant, les fabricants butent sur des difficultés récurrentes, la dépendance à des métaux rares et la durabilité des substrats. Caltech et le Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA ont réalisé une avancée majeure parvenant à résoudre ces deux problématiques historiques qui va au-delà en améliorant l’ensemble des caractéristiques des batteries lithium-ion (Li) grâce au graphène, un matériau en “deux dimensions” de l’épaisseur d’un atome, uniquement composé de carbone (C).
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Un composant difficile
L’essentiel de nos batteries, téléphones, ordinateurs, nos voitures, sont des batteries de type lithium-ion. Leur fabrication est à la fois énergivore et très peu écologique à cause de l’utilisation de solvants nocifs pour l’environnement. Cependant, elles sont le type de batteries les plus performantes pour l’instant (en tout cas à leur échelle de production), mais connaissent des durées de vie relativement limitées, souvent comptées en nombre de cycles de charge/décharge, qui ne représentent que rarement notre façon de consommer. Le graphène, un matériau d’une résistance (mécanique) supérieure (le plus dur et le plus souple du monde selon le New York Times) et un excellent conducteur, il transporte les électrons à 1 000 km/s (kilomètres par seconde), a toujours été perçu comme une solution envisageable que les limites technologiques nous empêchaient de mettre en œuvre tant sa production est difficile.
Le revêtement à base de graphène
En 2015, David Boyd, chercheur senior à Caltech, et ses collègues réalisent la prouesse de créer du graphène sans produit chimique et à température ambiante. C’est grâce à cette méthode que CalTech et le JPL ont réussi à poser du graphène directement sur des électrodes. Les tests qui ont suivi ont révélé que le graphène améliore la conductivité, protège les électrodes et augmente la densité énergétique des batteries de 25%. Il faut noter qu’en protégeant les électrodes, la dégradation de leurs composants dans l’électrolyte (à base de lithium) est réduite, doublant ainsi la durée de vie des batteries lithium-ion et réduisant ainsi de 50 % les déchets générés (vie doublée = 2 fois moins de batteries produites, sur le papier).
Impact environnemental et humain
Créer du graphène à température ambiante et sans produit chimique permet d’abord de réduire drastiquement l’impact écologique du graphène. Aussi, en doublant la durée des batteries, les matériaux rares, minés de manière obscure (c’est un faible mot), réduisent autant notre dépendance à ces métaux qu’ils fragilisent le tissu économique peu vertueux qu’ils soutiennent. En augmentant la densité énergétique des batteries, leur poids et leur taille peuvent être diminués pour un résultat identique, une manière détournée de consommer moins d’énergie. Enfin, en améliorant la conductivité, les pertes résiduelles diminuent, la nécessité de gérer thermiquement les batteries est réduite à son maximum et elles peuvent travailler à des éventails de température plus larges.
Perspectives et applications futures pour un avenir durable
Jusqu’ici, produire du graphène était réputé hors de prix (certains avançaient 600 milliards d’euros par mètre carré), mais avec cette prouesse technique, ce n’est plus le cas. Ainsi, les applications industrielles à grande échelle peuvent être envisagées sérieusement et porter cette avancée comme standard dans le monde du stockage de l’énergie (téléphone, tablette, ordinateurs, voitures, camions…). Cette première avancée du graphène dans le monde des batteries est spectaculaire, mais ce composant presque magique n’a pas fini de faire parler de lui.
Cet article retrace l’avancée réalisée par CalTech et le JPL de la NASA sur le graphène et son utilisation dans les batteries lithium-ion. Cette innovation promet d’augmenter leur performance, de réduire leur empreinte écologique et de simplifier leur production. Et si elle est adoptée à grande échelle, elle pourrait transformer de nombreux secteurs et soutenir profondément la transition énergétique.
Source : the cool down
