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Cette nouvelle batterie se recharge totalement en seulement 20 secondes

cah anode cathode
Le dispositif anode-cathode d'un condensateur aqueux hybride. À gauche, l'anode revêtue d'un polymère de graphène. À droite, la cathode revêtue d'une grille à nanoparticules de métal-oxyde. | KAIST

Disposer de moyens de recharge rapides et efficaces pour nos appareils électroniques portables est devenu, depuis ces dernières années, un impératif. Les besoin des usagers ayant évolué, les constructeurs se livrent aujourd’hui à une véritable course technologique pour développer des dispositifs de stockage d’énergie toujours plus compacts, rapides à charger et de longue durée de vie. Dans ce cadre, une équipe de chercheurs coréens vient de développer une nouvelle batterie rechargeable en 20 secondes seulement.

Au cours des 15 dernières années, les appareils électroniques portables (téléphones, baladeurs, consoles, télécommandes, etc) se sont multipliés, si bien que les moyens de les recharger ont tant bien que mal tenté de s’adapter à la nouvelle demande toujours plus exigeante des utilisateurs. Aujourd’hui, des ingénieurs coréens proposent un nouveau type de batterie utilisant un électrolyte aqueux et pouvant être entièrement chargé en 20 secondes.

Les dispositifs de stockage aqueux (c’est-à-dire contenant de l’eau comme conducteur) gagnent en popularité depuis ces dernière années. Compactes, persistantes, rapides à charger, bien moins inflammables que les batteries au lithium, moins chères à produire et dénuées de substances toxiques, ces « batteries à eau » s’imposent de plus en plus comme la solution technologique de recharge portable.

Bien que le concept ne soit pas nouveau, les prototypes précédents souffraient d’une courte durée de vie et d’une faible puissance de charge. En effet, dans une batterie, les cellules transfèrent les électrons d’un milieu à l’autre. Les solutions aqueuses, plus que les autres types de solutions, limitant le voltage entre les deux milieux, la corrosion de l’anode se fait plus rapidement. Résultats : la batterie perdure moins longtemps et ne délivre qu’une faible puissance.

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Pour pallier ce problème, des chercheurs du Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) ont modifié le processus de fabrication standard des condensateurs aqueux hybrides (CAH). Leurs travaux ont été publiés dans la revue spécialisée Advanced Energy Materials.

Les condensateurs hybrides sont une combinaison de condensateur et de batterie. Les électrodes embarquées stockent l’énergie électrochimiquement sous forme de charge électrostatique. Ajouter une solution aqueuse ionique entre les électrodes permet une meilleure conduction du courant. En utilisant, pour l’anode, des polymères de graphène plutôt que de simples conducteurs métalliques, et pour la cathode une grille à nanoparticules de métal-oxyde, les scientifiques ont réussi à combler les faiblesses des précédents CAH.

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Une LED alimentée par deux des nouveaux CAH branchés en série et chargés par USB en 10 secondes. Crédits : KAIST

Le réseau de nanofibres de carbone constituant l’anode s’avère être extrêmement efficace pour transférer les électrons dans la solution aqueuse, permettant au prototype de posséder plus de 100 fois la densité de puissance des anciens CAH, tout en assurant une durée de vie au-delà des 100’000 charges. L’ensemble autorise une charge complète de la batterie en seulement 20 secondes.

Jeung Ku Kang explique que « cette technologie respectueuse de l’environnement peut être fabriquée très facilement et est utilisable dès maintenant. Plus particulièrement, sa haute capacité et sa grande stabilité, comparées aux technologies de recharge actuelles, pourraient contribuer à la démocratisation des batteries aqueuses ». En outre, étant donné que la source d’alimentation de la batterie ne nécessite pas une grande puissance, son taux de charge rapide pourrait être combiné à des cellules photovoltaïques ou d’autres micro-sources d’énergie.

Le graphène, réputé comme le nouveau « matériau miracle », a encore un grand rôle à jouer dans le développement des batteries de nouvelle génération. Les constructeurs ne cessent d’en explorer le potentiel. L’entreprise Samsung travaillant déjà sur un smartphone pouvant être complètement chargé en moins de 12 minutes, grâce à un nano-polymère de graphène.

Un long moment s’écoulera encore avant que ces nouveaux dispositifs ne remplacent définitivement les habituelles batteries au lithium. Toutefois, il y a fort à penser que des batteries économiques, pouvant endurer des conditions extrêmes, rapides et sans risques pour la santé, n’aient pas de difficultés à s’imposer dans les années à venir.

Source : Advanced Energy Materials

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