C’est en jouant que des chercheurs de l’Université de Californie, à Irvine (UCI), ont découvert comment augmenter la résistance à l’étirement de nano-fils qui pourraient être utilisés pour faire des batteries au lithium-ion à la durée de vie illimitée. L’utilisation des nano-fils dans les batteries est étudiée depuis de nombreuses années parce que ces filaments, des milliers de fois plus fins qu’un cheveu humain, sont extrêmement conducteurs et présentent un grande surface pour le stockage et le transfert d’électrons. Le problème rencontré, c’est que les nanofils sont aussi très fragiles et ne résistent pas bien à la répétition des cycles de charge et décharge. Par exemple, dans une batterie au lithium-ion, ils gonflent et deviennent cassants. Mya Le Thai, doctorat à l’UCI, a pallié cette fragilité en plaçant un nanofil d’or dans une enveloppe de dioxyde de manganèse et en enrobant l’ensemble dans un électrolyte constitué d’un gel s’apparentant à du plexiglas. La combinaison obtenue est fiable et résistante aux pannes, selon les chercheurs.

Ces travaux ont été publiés la semaine dernière dans la publication American Chemical Society’s Energy Letters. « Un travail acharné combiné à un heureux hasard a payé dans ce cas précis », souligne dans une note l’un des auteurs Reginald Penner, titulaire de la chaire du département Chimie de l’UCI. « Mya s’amusait et elle a enduit le tout d’une très fine couche de gel et commencé des cycles. Elle a découvert qu’en utilisant simplement ce gel, elle pouvait effectuer des centaines de milliers de cycles sans perdre aucune capacité ». C’était assez surprenant, ajoute-t-il, parce que ces matériaux se détériorent habituellement de façon spectaculaire après 5 000, 6000 cycles ou 7 000 cycles au maximum.

Jusqu'à plus de 100 000 cycles

Les chercheurs pensent que le gel plastifie l’oxyde métallique dans la batterie et lui donne une flexibilité qui l’empêche de se décomposer. Mya Le Thai a fait subir jusqu’à 200 000 cycles sur trois mois au nanofil ainsi amélioré, sans détecter aucune perte de capacité ou de puissance et sans qu’aucun fil ne soit rompu. « Tous les transistors à nanofils peuvent être portés de 2000 à 8000 cycles et jusqu’à plus de 100 000 cycles simplement en replaçant un liquide électrolyte par un gel électrolyte », écrivent les chercheurs dans leur article. Cela pourrait déboucher sur des batteries commerciales pouvant durer pendant toute la durée d’utilisation de l’équipement qu’elles alimentent : ordinateurs, smartphones, voitures ou vaisseau spatial. « L’électrode recouverte conserve beaucoup mieux sa forme, ce qui en fait une option plus fiable », souligne Mya Le Thai dans une note. « Cette recherche prouve qu’une électrode de batterie basée sur des nanofils peut durer tout une vie et que nous pouvons faire de ce genre de batterie une réalité ».