Il ne fait aucun doute que nous bénéficierions tous d’une durée de vie plus longue de la batterie de nos ordinateurs portables, hybrides et autres appareils portables. Malheureusement, l'actuel Batterie aux ions lithium (LIB) a pratiquement atteint son potentiel, et la seule façon d’augmenter la durée de fonctionnement sans branchement de nos appareils portables est de fabriquer des batteries plus grosses. Cependant, ce n’est pas une solution viable dans une industrie où des équipements plus légers et plus fins sont hautement souhaitables. Nous avons besoin de quelque chose de nouveau; un moyen d’augmenter considérablement la capacité de stockage sans avoir à fabriquer de plus gros dispositifs de stockage d’énergie.
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Récemment, le Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique du ministère de l’Énergie a proposé une nouvelle version de la batterie lithium-ion qui pourrait stocker « au moins » deux fois plus d’énergie qu’une batterie hybride ou d’ordinateur portable conventionnelle. Dans ce cas, le procédé implique l'utilisation d'un silicium de type spongieux. D’autres « percées » proposées en matière d’amélioration de la batterie ont été réalisées, mais elles peuvent ou non se produire, et ne seront, au mieux, que dans des années. Cependant, celle-ci est non seulement hautement plausible, mais aussi relativement simple à déployer.
Pourquoi le silicium ?
Actuellement, presque tous les LIB utilisent des électrodes en graphite pour le stockage et la décharge de l'énergie. Ces LIB conventionnels stockent aussi peu que 10 fois moins d’énergie que ce dont sont capables les électrodes à base de silicium. Bien que les formules mathématiques soient complexes, dans un monde parfait, une batterie à base de silicium vous fournirait alors 10 fois plus d’énergie. Cependant, compte tenu de tout ce qui nécessite une prise en compte, comme la chimie des batteries, les électrodes en silicium (parfois appelées anodes) peut doubler, voire tripler la capacité de stockage d’énergie par rapport à la norme actuelle.
L’un des problèmes liés à l’utilisation du silicium dans le passé était qu’il absorbait beaucoup trop d’ions lithium. (ils sont nécessaires pour stocker et aider à produire de l'énergie), augmentant souvent jusqu'à 400 pour cent en masse pendant mise en charge. Comme vous pouvez l'imaginer, cela a causé toutes sortes de problèmes, y compris (mais sans s'y limiter) la fracture du boîtier de la batterie. C’était tout simplement irréalisable, jusqu’à ce que le laboratoire national du nord-ouest du Pacifique du ministère de l’Énergie mette au point une électrode de silicium surnommée « »éponge de silicium mésoporeuse» qui ne connaît une croissance viable que de 30 pour cent.
En termes simples, une éponge de silicium mésoporeuse est un morceau de silicium perforé de trous. En absorbant les ions lithium, plutôt que de se dilater vers l’extérieur, le silicium augmente sa masse en remplissant les trous. Avec une limite d'expansion de 30 %, l'électrode à base de silicium contient une concentration d'énergie d'environ 750 mAh par gramme, soit environ le double de celle des électrodes à base de graphite. De plus, les électrodes de silicium se sont révélées résistantes: la batterie prototype a conservé 80 % de sa capacité après 1 000 charges.
Quand verrons-nous ces nouvelles batteries ?
La prochaine étape logique du Pacific Northwest National Laboratory du ministère de l’Énergie serait de construire un prototype plus grand, peut-être quelque chose d’assez grand pour alimenter un appareil mobile grand public. Pendant ce temps, pendant que nous attendons que les scientifiques du gouvernement continuent de développer la technologie, une start-up de la Silicon Valley du nom de « »Amprius» est également en train de travailler à leur développement et à leur commercialisation.
Certes, les taux d’absorption d’énergie des lithium-ions à base de silicium d’Amprius sont beaucoup plus faibles (seulement 10 à 50 % de stockage d’énergie en plus que le graphite), mais jusqu’à présent, le les résultats ont été suffisamment encourageants pour suggérer que le silicium pourrait très bien jouer un rôle important dans l’alimentation de nos appareils informatiques mobiles – et, peut-être bientôt.
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