Des tubes qui voient grand

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Des chercheurs de l'University of North Carolina ont trouvé un moyen fabuleux pour améliorer la durée de vie des piles en faisant intervenir les nanotechnologies.

  
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Les piles chimiques sont omniprésentes ! Que seraient les téléphones cellulaires, les ordinateurs portable, ou bien la télécommande qui contrôle votre téléviseur sans piles ? Tout simplement inutiles.

La plupart des applications électroniques demandant beaucoup d'énergie vont se tourner vers la technologie des piles au lithium. Ces piles sont composées de deux électrodes : une faite de graphite et une autre faite d'un oxyde métallique. La charge emmagasinée dans la pile est sous la forme d'ion de lithium. Les ions lithium sont très petits et mobiles, permettant d'en emmagasiner une très grande quantité dans celle-ci et obtenir un courant stable. Le courant de la pile est produit quand ces ions lithium passent d'une électrode à une autre. L'avantage des piles au lithium est qu'elles peuvent être régénérées (rechargées) plusieurs fois avant que celles-ci deviennent inutilisables. Cependant, comme toutes piles, elles ne sont pas éternelles et optimiser le temps de recharge est crucial. Or, des chercheurs de l'University of North Carolina ont trouvé un moyen fabuleux pour améliorer la durée de vie de ces piles en faisant intervenir les nanotechnologie : les nanotubes de carbone.

Les nanotubes de carbone est une nouvelle forme de carbone qui prend la structure de minuscules tubes. Pendant que le graphite est un assemblage d'atomes de carbones prenant la forme de feuilles planaires imbriquées l'une sur les autres, les nanotubes de carbone est le résultat d'une de ces feuilles replié sur elle-même. La plupart de ceux-ci prennent une forme cylindrique avec les deux bouts fermés aux extrémités. Leur diamètre moyen est d'environ 1.4 nanomètre et peuvent atteindre des longueurs allant jusqu'à 10 000 nanomètres. On peut de même modifier la structure de ces tubes en ouvrant les extrémités de ces tubes, les faisant ressembler à de longs tuyaux de carbone par lesquels ont pourrait y faire circuler des atomes.

Ces chercheurs ont améliorés ces piles en remplaçant la traditionnelle électrode de graphite de la pile par une électrode fait entièrement de nanotubes de carbone. Deux type d'électrodes ont été testées : une électrode fabriquée de nanotubes avec des bouts fermées et une autre fabriquée de nanotubes à bouts ouverts dont la longueur des tubes variait entre 500 et 4000 nanomètres. Il s'est avéré que l'électrode fabriquée de nanotubes à bouts fermés donnait semblablement les mêmes résultats que pour les piles avec une électrode de graphite. Cependant, les résultats démontrent que l'électrode fabriquée à partir de nanotubes à bouts ouverts pouvait emmagasiner deux fois plus de charges que les deux précédentes formes. Alors que pour les électrodes de graphite et de nanotubes fermés, un ion de lithium peut être emmagasiné dans un réseau de 6 atomes de carbone, celles avec des nanotubes ouverts peuvent stocker un atome de lithium pour chaque groupe de 3 atomes de carbone. Ce qui veut dire que l'on peut stocker 2 fois plus de charges dans ce type de piles. Le tout a été prouvé grâce à des expériences électrochimiques et la résonance magnétique nucléaire. De plus, les simulations informatiques viennent supporter les résultats finaux.

Alors que la plupart des nanotechnologies ne sont que des rêves couchés sur du papier, le domaine très prometteur des nanotubes de carbone vient d'améliorer de façon considérable des piles dont les performances commençaient quelques peu à plafonner. À croire que les tout petits peuvent maintenant effectuer des pas de géant !

Par Daniel PICARD - Futura-sciences Québec