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Une microbatterie ultrapuissante et rechargeable en une seconde

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Ce n'est encore qu'une étude en laboratoire mais elle impressionne : cette microbatterie lithium-ion, qui comporte une multitude de cathodes et d'anodes minuscules, pourrait délivrer 2.000 fois plus de puissance qu'un modèle équivalent. Et elle se rechargerait  1.000 fois plus vite.

Vue microscopique des assemblages de petites boules constituant l’anode en nickel-étain (à gauche) et la cathode en dioxyde de lithium-manganèse (à droite). © Université d’Illinois

Démarrer une voiture avec la batterie d'un téléphone portable, qui sera ensuite rechargée en quelques secondes : c'est ce type de prouesse dont pourrait être capable le modèle de microbatterie sur lequel travaille une équipe de chercheurs dirigée par le professeur William King de l'université de l’Illinois à Urbana-Champaign. Ne mesurant que quelques millimètres, leur prototype allie puissance et rapidité de recharge. Il combine deux technologies jusque-là incompatibles : celle du supercondensateur, qui délivre beaucoup de puissance en peu de temps, et celle d'une batterie, qui fournit de l'énergie sur une longue durée.

Pour y parvenir, les scientifiques ont créé une structure microscopique originale. La batterie est constituée d'une assise de verre d'un millimètre d'épaisseur sur laquelle reposent les gravures habituelles des électrodes. Sur ce substrat sont déposés des assemblages de microanodes en nickel-étain d'un côté et, de l'autre, de microcathodes en dioxyde de lithium-manganèse de l'autre comportant des alvéoles d'un diamètre maximal de deux micromètres. Grâce à ces minuscules anodes et cathodes, les ions et les électrons se déplacent très vite sur une distance très courte.

Les deux électrodes (current collectors) de la batterie conduisent à un réseau microscopique d’anodes (3-D anode) et de cathodes (3-D cathode), ce qui permet de faire circuler les ions et les électrons très rapidement, et sur des parcours très courts. C’est notamment pour cette raison que la batterie peut délivrer énormément de puissance, tout en pouvant être rechargée très rapidement. © Université d'Illinois

Au final, l'assemblage fournit plus de puissance tout en étant bien plus rapide à recharger qu'un dispositif ordinaire. Selon le professeur William King, à puissance égale, cette technologie permettrait de recharger jusqu'à 1.000 fois plus vite une batterie qu'un modèle équivalent en lithium-ion, pour une taille 30 fois moins importante.

Technologie de batterie séduisante, mais des freins conséquents

Dans l'article explicatif, il est indiqué que ces batteries pourraient être employées pour les communications radio à longue distance, qui consomment beaucoup de puissance à l'émission. Elles serviraient également dans le domaine médical, pour alimenter certains implants et rendre les patients plus autonomes.

Alors que les appareils électroniques sont de plus en plus puissants et miniaturisés, les chercheurs butent toujours sur la question de l'autonomie. Des laboratoires du monde entier s'attellent à trouver le bon compromis pour créer une technologie de batterie miniaturisée puissante, autonome, bon marché et peu polluante. Le concept de l'université de l'Illinois s'ajoute à une longue liste de découvertes séduisantes. Ainsi, Futura-Sciences a déjà pu évoquer certaines innovations, comme les batteries dotées de nanoparticules de silicium se rechargeant en quelques minutes, les batteries lithium-ion en peinture ou encore les accumulateurs en zinc souples et imprimables.

À l'instar de ces derniers exemples, ce modèle de microbatterie n'est pas totalement abouti. Avant de pouvoir l'exploiter, il faudrait d'abord s'assurer de la robustesse et de la fiabilité de la technologie. En effet, en raison de la multitude d'anodes et de cathodes, des courts-circuits pourraient se produire, ce qui est ennuyeux lorsque l'électrolyte liquide (substance permettant le passage du courant électrique) est composé d'un liquide inflammable...

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