Une nouvelle matière ” supérieure ” au graphe peut permettre de découvrir des batteries innovantes et révolutionnaires.
Selon des chercheurs, un nouveau réseau de carbone, similaire au graphène mais doté d’une structure microscopique beaucoup plus complexe, pourrait permettre d’améliorer les batteries des véhicules électriques. Le graphène, qui est sans doute la forme exotique de carbone la plus connue, a déjà été exploité pour changer la donne dans la technologie des batteries li-ion, mais de nouvelles méthodes de fabrication pourraient permettre de produire des cellules encore plus denses en énergie.
Le graphène est essentiellement une maille d’atomes de carbone, dans laquelle de minuscules hexagones sont créés lorsque chacun est lié à trois voisins. Toutefois, les chercheurs ont émis l’hypothèse que d’autres structures pourraient également être générées, au-delà de ce simple nid d’abeille.
C’est ce qu’une équipe de l’université de Marbourg, en Allemagne, et de l’université d’Aalto, en Finlande, a mis au point, en exploitant à nouveau les atomes de carbone, mais en leur donnant de nouvelles orientations. Le réseau dit de biphénylène qui en résulte est composé d’hexagones, de carrés et d’octogones, un maillage plus complexe que celui du graphène.
En conséquence, il présente des propriétés électroniques nettement différentes – et, à certains égards, préférables – selon les chercheurs.
Par exemple, alors que le graphène est prisé pour sa capacité à agir comme un semi-conducteur, le nouveau réseau de carbone se comporte davantage comme un métal. En effet, avec une largeur de 21 atomes seulement, les bandes du réseau de biphénylène peuvent servir de fils conducteurs pour les appareils électroniques. À cette échelle, le graphène se comporte toujours comme un semi-conducteur, soulignent les chercheurs.
“Ce nouveau réseau carboné peut également servir de matériau anodique supérieur dans les batteries lithium-ion, avec une plus grande capacité de stockage du lithium par rapport à celle des matériaux actuels à base de graphène”, suggère Qitang Fan de l’université de Marbourg, auteur principal de la nouvelle étude.
Les anodes des batteries lithium-ion sont généralement constituées de graphite posé sur une feuille de cuivre. Ce matériau est hautement conducteur, ce qui est essentiel non seulement pour placer de manière réversible des ions de lithium entre ses couches, mais aussi parce qu’il peut continuer à le faire pendant des milliers de cycles. Cela en fait à la fois une batterie efficace mais aussi une batterie qui dure longtemps sans se dégrader.
Une alternative encore plus efficace et plus petite, basée sur ce nouveau réseau de carbone, pourrait toutefois conduire à des cellules plus denses. Cela pourrait permettre aux véhicules électriques et autres appareils utilisant des batteries li-ion d’être plus petits et plus légers.
Comme pour le graphène, cependant, le prochain défi consiste à trouver comment fabriquer cette nouvelle version à grande échelle. Le processus d’assemblage actuel repose sur une surface d’or super lisse, sur laquelle les molécules contenant du carbone sont initialement formées en chaînes d’hexagones liés.
Une réaction ultérieure relie ensuite ces chaînes, formant les carrés et les octogones qui distinguent le résultat final du graphène.
“La nouvelle idée est d’utiliser des précurseurs moléculaires qui sont modifiés pour produire du biphénylène au lieu du graphène”, explique Linghao Yan de l’université d’Aalto. L’objectif est maintenant de produire des feuilles plus grandes de ce matériau, afin de mieux comprendre ses propriétés.
