Des ingénieurs de l’Université du Maryland ont créé une batterie qui est entièrement fabriquée avec un matériau, qui peut à la fois déplacer et stocker l’électricité.

Selon le Dr Kang Xu de l’Army Research Laboratory, il n’existe aucun travail similaire rapporté et cela pourrait conduire à des progrès révolutionnaires dans le domaine des batteries à l’état solide.

Imaginez un biscuit un peu comme un Choco BN. La plupart des batteries ont à chaque extrémité une couche de matériau pour les électrodes comme les biscuits au chocolat afin d’aider les ions à se déplacer via le « glaçage crémeux », c’est-à-dire l’électrolyte. Wang Chunsheng, professeur à l’Université de Maryland dans le Département de chimie et de génie biomoléculaire, et son équipe ont fabriqué un matériau unique qui intègre les propriétés aussi bien des électrodes que de l’électrolyte – le biscuit croquant et le centre fondant.

Une batterie faite d’un seul matériau a été créée par les ingénieurs de l’UMD. L’électrolyte (vert) constitue la base de la batterie, et les électrodes en haut et en bas sont créées par ajout de carbone (gris). Cette batterie à l’état solide est quarante fois plus épaisse que les batteries actuelles qui sont faites avec des films minces

« Notre batterie a une épaisseur de 600 microns, la taille d’un centime d’euro, alors que les batteries conventionnelles à l’état solide sont des films minces, 40 fois plus minces.  Cela signifie que plus d’énergie peut être stockée dans nos batteries », a déclaré Han Fudong, premier auteur du papier et un étudiant diplômé dans le groupe du Dr Wang.

Le nouveau matériau est constitué d’un mélange de soufre, de germanium, de phosphore et de lithium. Ce composé est utilisé comme un électrolyte pour faire bouger les ions. A chaque extrémité, les scientifiques ont ajouté du carbone pour cet électrolyte afin de former des électrodes qui poussent les ions d’avant en arrière à travers l’électrolyte à mesure que la batterie se charge ou se décharge. Comme un peu plus de sucre ajouté à chaque extrémité d’un mélange biscuit-crème, le carbone aide simplement à attirer l’électricité d’un côté vers à l’autre à travers le matériau.

Bien que la batterie soit très facile à faire – une poudre comprimée dans un cylindre de plastique et de l’acier – elle est encore au stade de preuve de concept, et Han Fudong rajoute : «Nous sommes toujours en phase de tests sur le nombre de fois que la batterie peut charger et décharger de l’électricité afin de vérifier si elle est un vrai candidat en termes de fabrication. »

Les ingénieurs de l’UMD ont fabriqué une batterie à partir d’un seul matériau par aspersion carbone (rouge) de chaque côté du nouveau matériau (bleu) qui forme l’électrolyte et les deux électrodes aux extrémités de la batterie

La raison pour laquelle cette nouvelle batterie est révolutionnaire est parce qu’elle résout le problème de ce qui se passe à l’interface entre l’électrolyte et l’électrode. Une interaction prolongée entre les deux peut résulter en une paroi de matériau inutile qui empêche batteries de bien fonctionner. En effet, cette paroi augmente la résistance à cette interface électrolyte solide. Ceci à son tour augmente la chaleur dans la batterie, ce qui rend la batterie encore moins utile.

Parce que la batterie de Han Fudong et du Dr Wang est fabriquée dans un seul matériau, l’énergie peut circuler à travers sans beaucoup de résistance. Cela signifie que la batterie se charge et se décharge facilement et sans à-coup.

Les composés à base de sulfure ne sont pas des matériaux particulièrement écologiques. Et pour Han Fudong : « Donc nous allons essayer d’utiliser des oxydes, qui ne se dégradent pas en un gaz toxique, à la place. » La poudre solide de la batterie est, cependant, plus sûre que les batteries actuelles à base de liquides.

http://energy.umd.edu/news/news_story.php?id=9017

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