Les batteries sont au cœur des technologies les plus importantes de notre quotidien. Votre téléphone, votre ordinateur portable, et éventuellement votre voiture et votre maison, reposent tous sur le stockage de l’énergie dans des batteries. La technologie actuelle des batteries est excellente, mais les batteries en graphène pourraient résoudre leurs problèmes.
Qu’est-ce que le graphène exactement ?
Il y a de fortes chances que vous ayez déjà entendu parler du graphène dans les médias. Toutes les quelques années, des prédictions à couper le souffle sont faites sur la façon dont ce matériau miracle va transformer diverses technologies. Ce que vous ne savez peut-être pas, c’est que le graphène est tout simplement du carbone. Il s’agit du même matériau que celui sur lequel repose la vie sur terre et d’un élément incroyablement abondant sur terre.
Le graphène est un réseau cristallin d’un atome d’épaisseur de graphite, qui est essentiellement du carbone cristallin. Cela semble être quelque chose d’incroyablement sophistiqué, mais vous pouvez fabriquer des paillettes de graphène avec un crayon et du ruban adhésif. Le prix Nobel pour cette découverte a déjà été décerné.
Le graphène possède plusieurs propriétés qui le rendent très intéressant en tant qu’élément potentiel de la technologie future. Il possède une conductivité thermique et électrique élevée. Ainsi, si vous souhaitez déplacer de l’électricité ou de la chaleur avec une grande efficacité, c’est un choix prometteur.
Le graphène présente également un niveau élevé de dureté et de résistance. Il est très flexible et élastique. Il est également transparent et peut être utilisé pour produire de l’électricité à partir de la lumière du soleil.
Le graphène est difficile à produire en masse
Tout cela semble merveilleux, mais il y a un gros obstacle. Bien qu’il soit trivial de créer des paillettes ou de petites feuilles de graphène pour la recherche en laboratoire, la production de masse s’avère difficile. S’il n’y avait pas de difficultés à produire en masse ce nanomatériau de manière fiable, il serait présent dans les produits depuis longtemps.
La bonne nouvelle est qu’il existe plusieurs voies prometteuses pour la production de masse qui pourraient rendre le graphène suffisamment bon marché pour atteindre le marché de masse. Les fibres imprégnées de graphène peuvent désormais être fabriquées en quantités raisonnables. Le graphène peut également être produit à l’aide de solvants, mais ceux-ci sont très toxiques. Les chercheurs se sont penchés sur des solvants plus sûrs et cela semble également prometteur.
Actuellement, le graphène est souvent fabriqué par dépôt chimique en phase vapeur. Dans ce cas, le graphène se forme sous forme de couche sur un substrat. Le problème est que le taux de défauts dans le graphène est élevé. De nouvelles recherches utilisant un liquide (avec sa surface parfaitement plane) comme substrat pourraient résoudre le problème du taux de défauts. En supposant que nous parvenions un jour à produire du graphène en masse, pourquoi en vouloir dans les batteries ?
SUPERCONDENSATEURS ET BATTERIES : QUELLE EST LA DIFFÉRENCE ?
Les batteries au lithium-ion ont des problèmes que le graphène ne pourra pas résoudre
Les batteries au lithium sont les plus denses en énergie que l’on puisse trouver dans l’électronique grand public. Elles rendent possibles des appareils comme les smartphones, les drones et les voitures électriques. Cependant, les batteries au lithium sont volatiles et nécessitent des circuits de sécurité étendus pour les maintenir stables.
Elles se dégradent également à chaque recharge, il y a une limite à la puissance qu’elles peuvent délivrer en une fois, et elles doivent être chargées lentement de peur que la batterie ne surchauffe et n’explose.
Les batteries enrichies de graphène peuvent résoudre ou atténuer bon nombre de ces problèmes. L’ajout de graphène aux batteries au lithium actuelles peut augmenter considérablement leur capacité, les aider à se charger rapidement et en toute sécurité, et leur permettre de durer beaucoup plus longtemps avant de devoir être remplacées.
Les batteries à l’état solide n’ont pas d’électrolyte liquide. Il s’agit de la substance qui se trouve entre les deux bornes d’une batterie et qui stocke l’énergie chimique qui est convertie en courant électrique. La création de grandes batteries solides pratiques à usage commercial est toujours un objectif de recherche en cours, mais le graphène pourrait être le bon candidat pour faire des batteries solides une réalité commerciale de masse.
Dans une batterie à l’état solide, le graphène est mélangé à de la céramique ou du plastique pour ajouter de la conductivité à ce qui est habituellement un matériau non conducteur. Par exemple, les scientifiques ont créé un prototype de batterie solide graphène-céramique qui pourrait servir de modèle pour des alternatives sûres et à charge rapide aux batteries lithium-ion à électrolytes liquides volatils.
Des batteries au graphène que vous pouvez acheter (ou presque)
Les batteries au graphène sont impressionnantes, comme si elles venaient de la science-fiction. La bonne nouvelle, c’est que vous n’avez pas besoin d’attendre pour profiter des avantages du graphène. Bien qu’il faille encore attendre des années avant de pouvoir utiliser des batteries solides en graphène, des batteries au lithium améliorées par le graphène sont déjà sur le marché.
Par exemple, vous pouvez acheter l’une des batteries Apollo d’Elecjet, dont les composants en graphène contribuent à améliorer la batterie au lithium qu’elle contient. Le principal avantage est la vitesse de charge, Elecjet affirmant qu’il faut 25 minutes pour une charge complète. Ces batteries ne sont que légèrement améliorées par un peu de graphène, mais leur coût n’est pas trop élevé pour les mettre hors de portée des consommateurs ordinaires.
Au cours des prochaines années, à mesure que le coût de production du graphène diminuera, nous verrons de plus en plus d’appareils renforcer leurs batteries au lithium avec ce matériau miracle. Un jour prochain, les batteries solides au graphène deviendront peut-être la prochaine grande révolution du stockage de l’énergie.
Quels sont les principaux avantages de la nouvelle batterie au graphène prévue ?
La technologie de batterie au graphène est en développement et est souvent considérée comme une avancée prometteuse dans le domaine des batteries. Bien que les batteries au graphène ne soient pas encore largement disponibles sur le marché, voici quelques-uns des principaux avantages potentiels qui ont été associés à cette technologie :
- Capacité de charge rapide : Les batteries au graphène pourraient permettre des temps de charge beaucoup plus rapides par rapport aux technologies de batteries actuelles. Cela signifie que vous pourriez recharger vos appareils en quelques minutes seulement, voire même en quelques secondes.
- Grande capacité de stockage d’énergie : Les batteries au graphène ont une capacité de stockage d’énergie plus élevée par rapport aux batteries lithium-ion actuelles. Cela signifie qu’elles pourraient offrir une autonomie plus longue pour les appareils électroniques, tels que les smartphones, les tablettes et les véhicules électriques.
- Durée de vie prolongée : Les batteries au graphène sont conçues pour avoir une durée de vie plus longue que les batteries traditionnelles. Elles peuvent résister à un plus grand nombre de cycles de charge et de décharge, ce qui signifie qu’elles pourraient conserver leurs performances plus longtemps avant de devoir être remplacées.
- Sécurité améliorée : Les batteries au graphène ont également le potentiel d’améliorer la sécurité par rapport aux batteries lithium-ion. Elles sont moins sujettes à la surchauffe et aux risques d’incendie ou d’explosion associés aux batteries lithium-ion.
- Matériau abondant : Le graphène est un matériau à base de carbone qui est relativement abondant dans la nature. Cela signifie qu’il peut être plus facilement et plus durablement produit par rapport à certains autres matériaux utilisés dans les batteries, tels que le lithium.
Cependant, il est important de noter que la technologie des batteries au graphène est encore en développement et n’est pas encore largement commercialisée. Des recherches et des travaux supplémentaires sont nécessaires pour surmonter les défis techniques et les obstacles à grande échelle avant que ces avantages potentiels puissent être pleinement réalisés.