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Du sable pour améliorer les batteries au lithium

L’équipe de chercheurs, composée de Mihrimah Ozkan, Cengiz Ozkan et Zachary Favors, travaille à l’amélioration des batteries à lithium-ion et s’intéresse en particulier à l’anode, le pôle négatif de la batterie. De nos jours, le matériau le plus utilisé pour l’anode est le graphite.

Leur rendement est trois fois plus élevé que l’habituel

Leur prix de fabrication diminue et elles sont respectueuses de l’environnement

Une fois de plus, la nature a inspiré une investigation scientifique et, une fois de plus, le déclic s’est produit à un moment de détente du chercheur.

Du sable pour améliorer les batteries au lithium
Image : Pixabay.

Il y a quelques mois, Zachary Favors, de l’Université de Californie à Riverside, profitant d’un instant de loisir, se trouvait sur la plage. Comme nous le faisons tous en pareil cas, il prit un peu de sable dans la main. Mais cette fois-ci, au lieu de le faire couler entre ses doigts, il se prit à réaliser que le sable se compose principalement de quartz ; autrement dit, de dioxyde de silicium. Aujourd’hui, il a créé, avec son équipe de la faculté d’Ingénierie de Riverside, et à base de sable de plage comme matériau, une batterie à lithium-ion qui dure trois fois plus longtemps que le standard industriel actuel. Cette batterie, non contente de sa haute performance, est de plus bon marché à fabriquer, non toxique et respectueuse de l’environnement.

Les problèmes qui se posent

batterie à lithium-ion
Auteur de l’image : Krzysztof Woźnica via Wikimedia Commons

L’équipe de chercheurs, composée de Mihrimah Ozkan, Cengiz Ozkan et Zachary Favors, travaille à l’amélioration des batteries à lithium-ion et s’intéresse en particulier à l’anode, le  pôle négatif de la batterie. De nos jours, le matériau le plus utilisé pour l’anode est le graphite. Toutefois, du fait que la puissance des appareils électroniques est en constante augmentation, ce matériau est en train de devenir inefficace. De ce fait, l’industrie cherche à le remplacer par du silicium nanométrique, qui présente cependant lui aussi un inconvénient : il se dégrade facilement et sa fabrication à grande échelle est compliquée. L’équipe de Favors a résolu ces deux problèmes et sa recherche a été publiée dans lesScientific Reports, du groupe Nature.

Schéma montrant comment le sable se transforme en nano-silicium pur
Schéma montrant comment le sable se transforme en nano-silicium pur. Image tirée du site web d’UCR Today

La solution aux problèmes

Mihrimah Ozkan, Cengiz Ozkan et Zachary Favors dans leur laboratoire
De gauche à droite, Mihrimah Ozkan, Cengiz Ozkan et Zachary Favors dans leur laboratoire

Après l’épisode de la plage, Favors est revenu au laboratoire de l’UC Riverside. Là, il a broyé du sable à l’échelle nanométrique et l’a purifié. Il a ensuite dissous deux autres éléments très communs dans l’eau de mer, du sel et du magnésium, à l’intérieur du quartz purifié et il a fait chauffer le mélange. Il a alors obtenu du silicium pur. Mais ce n’est pas tout. L’équipe s’est rendu compte que le silicium pur à échelle nanométrique possède une structure poreuse qui augmente le rendement des batteries, pouvant le rendre jusqu’à trois fois plus élevé que l’habituel. Cette découverte peut bénéficier à tous les consommateurs, puis qu’elle est susceptible de prolonger la vie des batteries de nos dispositifs mobiles et de réduire considérablement le besoin de les recharger.