Une découverte canadienne pourrait aider les batteries à durer plus longtemps
Une découverte fortuite dans un laboratoire canadien pourrait contribuer à prolonger la durée de vie des batteries d’ordinateurs portables, de téléphones et de voitures électriques.
Selon des scientifiques de l’Université Dalhousie à Halifax, le ruban adhésif commun dans les batteries pourrait être la raison pour laquelle de nombreux appareils perdent une partie de leur puissance lorsqu’ils sont éteints ou non utilisés, ce qui est un phénomène connu sous le nom d’autodécharge.
« Dans notre laboratoire, nous réalisons de nombreuses expériences très complexes pour améliorer les batteries, mais cette fois, nous avons découvert une chose très simple », a déclaré Michael Metzger, professeur adjoint au département de physique et de sciences atmosphériques de l’Université Dalhousie, dans un communiqué de presse. « Dans les cellules des batteries commerciales, il y a du ruban adhésif—comme du Scotch—qui maintient les électrodes ensemble et il y a une décomposition chimique de ce ruban, ce qui crée une molécule qui conduit à l’auto-décharge. »
La solution est simple, aussi, dit Metzger : remplacer le ruban en plastique polyéthylène téréphtalate, ou PET, couramment utilisé à l’intérieur des batteries par quelque chose de plus durable et stable.
« C’est une découverte pertinente sur le plan commercial », a déclaré M. Metzger. « C’est une petite chose mais cela peut certainement aider à améliorer les cellules des batteries ».
Metzger et son équipe ont essayé de comprendre pourquoi les cellules de batterie lithium-ion dans les appareils inactifs ont tendance à perdre une partie de leur puissance et à s’auto-décharger, ce qui a longtemps frustré les consommateurs et les fabricants.
« Chaque fabricant de cellules lithium-ion dans le monde veut rendre l’autodécharge aussi faible que possible », a déclaré M. Metzger à actualitescanada.com dans une déclaration conjointe avec Anu Adamson, étudiant diplômé. « Dans chaque batterie, il y a un petit taux d’autodécharge qui vide lentement la batterie. C’est très gênant pour les utilisateurs et un gros casse-tête pour l’industrie. »
Les électrodes qui alimentent les batteries sont séparées par une solution électrolytique qui est généralement une forme de lithium. Après avoir exposé plusieurs cellules de batterie à différentes températures, les chercheurs ont été surpris de constater que la solution d’électrolyte était devenue rouge vif alors qu’elle devait normalement être claire, ce qui était quelque chose qu’ils n’avaient jamais rencontré. La découverte a été faite par Adamson et deux autres étudiants.
L’analyse chimique de la solution d’électrolyte rouge a révélé qu’à des températures plus élevées, une nouvelle molécule avait été créée à l’intérieur de la batterie par la décomposition d’un ruban adhésif PET commun, qui est souvent utilisé pour maintenir les composants ensemble à l’intérieur des batteries. Solide et léger, le PET est aussi fréquemment utilisé pour les emballages en plastique, les bouteilles de boissons, les fibres de vêtements, etc.
Les chercheurs ont réalisé que la molécule rouge, le téréphtalate de diméthyle, agissait comme une navette d’oxydoréduction, c’est-à-dire qu’elle pouvait transporter des électrons entre les électrodes positives et négatives d’une batterie, créant une autodécharge et épuisant l’énergie même lorsque la batterie n’est pas utilisée.
« C’est une chose très simple—elle se trouve dans chaque bouteille en plastique et personne n’aurait pensé qu’elle aurait un impact aussi important sur la façon dont les cellules lithium-ion se dégradent », a déclaré Metzger dans le communiqué de presse. « C’est quelque chose à quoi nous ne nous attendions pas, car personne ne s’intéresse à ces composants inactifs, ces rubans et feuilles de plastique dans la cellule de la batterie, mais il faut vraiment en tenir compte si l’on veut limiter les réactions secondaires dans la cellule de la batterie. »
Les résultats sont présentés dans une paire d’études publiées les 20 et 23 janvier dans la revue à comité de lecture Journal of The Electrochemical Society. Les chercheurs testent actuellement des substituts du ruban adhésif en PET.
« Puisque le PET du ruban est le coupable qui crée la navette redox, nous devons le remplacer par un polymère plus stable et qui ne se décompose pas dans les conditions chimiques difficiles d’une batterie lithium-ion », ont déclaré Metzger et Adamson à actualitescanada.com. « Jusqu’à présent, les résultats semblent très prometteurs, et nous prévoyons de publier bientôt un nouvel article de recherche sur les polymères améliorés pour les rubans de batteries lithium-ion. »
Selon les chercheurs, leurs travaux ont suscité l’intérêt de « certaines des plus grandes entreprises de matériel informatique et des constructeurs de véhicules électriques du monde », qui sont désireux de réduire l’autodécharge et d’améliorer les performances des batteries.
« Nous avons rendu visite à certaines de ces entreprises et elles prévoient de mettre en œuvre des polymères plus stables dans leurs cellules de batterie », a déclaré M. Metzger.
Dans le communiqué, Metzger a noté : « L’un des ingénieurs m’a dit : « J’ai entendu dire que vous aviez découvert que quelque chose n’allait pas avec le ruban PET ». Alors, je lui ai expliqué que c’était…causant cette autodécharge et je lui ai demandé, ‘Qu’est-ce que vous utilisez dans vos cellules ?’. Il a répondu, ‘Du ruban adhésif PET.' »