Aussi utiles et omniprésents qu’elles soient, les batteries au lithium-ion approchent de leurs limites, et il est peu probable que nous puissions récupérer beaucoup plus de jus. Des variations comme les batteries au lithium-air et au lithium-métal sont en cours pour éventuellement les remplacer, et maintenant, les chercheurs de l’Université de Rice ont amélioré cette dernière avec l’aide d’un ingrédient improbable. L’équipe a constaté que l’ajout d’asphalte à l’anode fabriquée pour les batteries au lithium-métal leur permettait de se recharger plus rapidement et étaient moins susceptible de court-circuit et d’échec.
Pour fabriquer leur nouvelle batterie, les chercheurs de Rice ont utilisé de la gilsonite non traitée, un dérivé de l’asphalte, et l’ont mélangé avec des nano rubans de graphène conducteur. Ensuite, ce composite a été revêtu de lithium-métal à travers le processus de dépôt électrochimique, pour créer une anode. La batterie finale est réalisée en combinant cette anode avec une cathode de carbone sulfuré.
L’équipe a testé ces nouvelles batteries d’asphalte et de lithium-métal sur plus de 500 cycles de charge-décharge et a constaté que le matériau poreux en carbone provenant de l’asphalte rendait la batterie plus stable. On a constaté que les batteries avaient une densité de puissance de 1322 watts par kg et une densité d’énergie de 943 watts-heure par kg. Pendant ce temps, une densité de courant élevée de 20 mA par cm2 signifie que ces batteries pourraient être rechargées à partir d’un niveau 0 beaucoup plus rapidement que les batteries lithium-ion standard.
« La capacité de ces batteries est énorme, mais ce qui est tout aussi remarquable, c’est que nous pouvons les ramener de la charge zéro à la charge complète en cinq minutes, plutôt que les deux heures ou plus nécessaires avec d’autres batteries », explique James Tour, chercheur principal sur le projet.
Les nouvelles batteries ont un autre truc vital dans leur manche: elles empêchent la formation de dendrites. Ces petits tentacules de lithium apparaissent souvent sur l’anode pendant le processus de chargement et finissent par se ramifier dans tout l’appareil jusqu’à ce qu’elles atteignent l’autre électrode. Cela court-circuite la batterie et, dans des cas extrêmes, peut provoquer un incendie ou même exploser.
Mais le dérivé d’asphalte aide à éviter cela, créant une batterie plus stable. L’ingrédient actif de ce processus est le carbone que les chercheurs de Rice ont découvert dans un projet antérieur, en utilisant une anode de graphène et des nanotubes de carbone. La principale différence ici, selon l’équipe, est que le nouveau design est beaucoup plus facile à réaliser.
« Alors que la capacité entre l’ancienne et cette nouvelle batterie est similaire, en s’approchant de la limite théorique du lithium métal, le nouveau carbone dérivé d’asphalte peut prendre plus de métal au lithium par unité de surface, et c’est beaucoup plus simple et moins coûteux à faire », explique James Tour. « Il n’y a pas de phase de dépôt chimique en phase vapeur, pas d’étape de dépôt par faisceau électronique et pas besoin de développer des nanotubes à partir du graphène, de sorte que la fabrication est grandement simplifiée ».
http://news.rice.edu/2017/10/02/asphalt-helps-lithium-batteries-charge-faster/
http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.7b05874
