Des batteries qui se rechargent en quelques secondes

Une nouvelle façon de fabriquer des électrodes de batterie à base de mousses métalliques nanostructurées a été utilisée pour fabriquer une batterie lithium-ion qui peut être chargée à 90 % en deux minutes. Si la méthode peut être commercialisée, cela pourrait conduire à des ordinateurs portables qui se rechargent en quelques minutes ou des téléphones portables qui se rechargent en 30 secondes.

Pouvoir mousse : Cette cathode de batterie lithium-ion peut être utilisée pour fabriquer une batterie qui contient autant d'énergie qu'une batterie conventionnelle, mais qui peut se recharger cent fois plus vite.

Les méthodes utilisées pour fabriquer les électrodes de charge ultrarapide sont compatibles avec une gamme de chimies de batterie ; les chercheurs les ont également utilisés pour fabriquer des batteries nickel-métal-hydrure, le type couramment utilisé dans les véhicules hybrides et électriques.

La vitesse à laquelle une batterie peut se charger puis libérer cette puissance est principalement limitée par le mouvement des électrons et des ions entrant et sortant de la cathode, l'électrode négative pendant la recharge. Les chercheurs ont essayé d'utiliser des matériaux nanostructurés pour améliorer le processus, mais il y a généralement un compromis entre la capacité totale de stockage d'énergie (qui détermine combien de temps une batterie peut fonctionner avant d'avoir besoin d'une recharge) et les taux de charge. Les gens ont résolu la moitié du problème, dit Paul Braun , professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign.

Le groupe Braun a fabriqué des mousses métalliques hautement poreuses recouvertes d'une grande quantité de matériaux de batterie actifs. Le métal offre une conductivité électrique élevée, et même s'il est poreux, la structure contient suffisamment de matière active pour stocker une quantité d'énergie suffisante. Les pores permettent aux ions de se déplacer sans entrave.

La première étape de la fabrication des cathodes consiste à créer une suspension de sphères polymères sur la surface d'un substrat conducteur. En raison de leur forme et de leur charge de surface, les sphères s'auto-assemblent en un motif régulier. Les chercheurs de l'Illinois utilisent ensuite une technique courante appelée galvanoplastie pour remplir l'espace entre les sphères avec du nickel. Ensuite, ils dissolvent les sphères de polymère, et la plupart du métal, pour laisser une éponge de nickel qui représente environ 90 % d'espace ouvert. Enfin, ils font pousser la matière active au-dessus de l'éponge.

C'est un peu loin d'un produit, mais nous avons de très bonnes démonstrations en laboratoire avec des batteries nickel-hydrure métallique et lithium-ion, explique Braun. Le groupe de l'Illinois a fabriqué des batteries lithium-ion qui se chargent presque entièrement en deux minutes environ. La méthode devrait être applicable aux tailles de cellules nécessaires pour les ordinateurs portables et les voitures électriques, bien que les chercheurs ne les aient pas encore conçues.

La performance qu'ils ont obtenue est sans précédent, déclare Andreas Stein, professeur de chimie à l'Université du Minnesota. Stein a été le pionnier de la méthode de modélisation des particules de polymère utilisée par le groupe de Braun. Le travail de Braun est décrit dans la revue Nature Nanotechnologie .

Jeff Dahn , professeur de physique à l'Université Dalhousie, doute que ces électrodes se retrouvent un jour dans des produits. Quand vous regardez l'organigramme pour faire cette structure, c'est assez compliqué, et cela va coûter cher, dit-il.

Braun reconnaît : Il y a beaucoup de gens qui proposent des structures [d'électrodes] élégantes, mais leur fabrication est délicate. Il précise cependant que son procédé de fabrication combine des méthodes existantes qui sont actuellement largement utilisées pour fabriquer d'autres produits, sinon pour fabriquer des batteries, et qu'il ne devrait pas être trop difficile de les adapter. Le processus ajouterait des étapes supplémentaires à la fabrication d'une batterie, mais ces étapes ne sont pas particulièrement coûteuses ou complexes, dit Braun.

Le groupe de Braun testera ensuite la structure de l'électrode avec une plus large gamme de chimies de batterie et travaillera à l'amélioration de l'autre moitié des batteries, l'anode - un projet plus délicat.

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