Les scientifiques ont créé un nouveau type de carbone qui pourrait fabriquer les batteries de nos téléphones, tablettes et ordinateurs portables plus sûrs, plus puissant, plus rapide à charger et plus durable.

Une équipe internationale de chercheurs, dirigé par l'Université de Lancaster et l'Université de Jilin en Chine, ont annoncé le premier carbone poreux synthétisé organiquement, appelé OSPC-1, dans la revue Angewandte Chemie .

Ce nouveau carbone présente un potentiel exceptionnel en tant que matériau pour les anodes des batteries lithium-ion, le type de batteries qui alimentent des millions d'appareils tels que les téléphones portables, ordinateurs portables, outils électroportatifs, en plus d'être utilisé dans des situations complexes plus vastes, comme les satellites spatiaux, avions commerciaux et voitures électriques.

Le matériau standard de l'industrie utilisé pour les anodes dans les batteries lithium-ion est une forme de carbone appelée graphite. Les scientifiques ont comparé les performances de l'OSPC-1 à celles du graphite et ont découvert que l'OSPC-1 est capable de stocker plus de deux fois plus d'ions lithium, et donc la puissance, que le graphite à la même vitesse de charge moyenne.

En outre, OSPC-1 est capable de stocker les ions lithium à plus du double du taux de graphite, ce qui signifie que les vitesses de charge peuvent être deux fois plus rapides. Les vitesses de décharge peuvent également être considérablement améliorées avec OSPC-1, ce qui signifie qu'il peut également être utilisé pour alimenter des applications plus énergivores.

Unique, OSPC-1 a été créé au niveau moléculaire à l'aide d'une technique complexe appelée « homocouplage d'Eglinton ». Cela implique de retirer le silicium des groupes carbone-silicium pour produire des liaisons carbone à carbone. La structure résultante est amorphe, très stable, et, de manière cruciale, hautement conducteur.

Un autre avantage majeur d'OSPC-1 est sa sécurité. Il ne forme pas de dendrites. Ce sont des fibres de lithium métal qui peuvent se former lorsque le lithium se colle à la surface du graphite. Si les dendrites s'accumulent et atteignent la cathode, elles peuvent court-circuiter les batteries lithium-ion et les faire exploser en flammes.

OSPC-1 semble également être beaucoup plus durable que le graphite. L'équipe de scientifiques l'a testé sur 100 cycles de charge et de décharge et il n'y avait aucun signe de détérioration. Le graphite se dilate et se contracte à chaque charge et décharge, ce qui le rend sensible à la fissuration. La structure à cadre ouvert d'OSPC-1 signifie qu'il est moins fragile et moins sujet à ces faiblesses.

Cependant, le graphite est la norme de l'industrie car il est très bon marché à produire et facilement accessible. Les chercheurs reconnaissent que l'OSPC-1 serait plus coûteux à produire, du moins au début. Par conséquent, les chercheurs pensent que les premières applications les plus probables seraient pour des situations où la sécurité est la considération primordiale, comme dans les satellites spatiaux et les avions.

Dr Abbie Trewin de l'Université de Lancaster, co-auteur principal de l'étude, a déclaré :« Notre équipe a utilisé une méthode entièrement nouvelle pour produire le seul carbone poreux conçu au niveau moléculaire.

« Ce nouveau matériau, OSPC-1, est un matériau d'anode très prometteur pour les batteries lithium-ion à haute capacité lithium, une capacité de charge et de décharge impressionnante, potentiel de longue durée de vie, et pour des performances de sécurité considérablement améliorées.

"Nous pensons que l'OSPC-1 a un grand potentiel dans les situations où une défaillance pourrait entraîner des pertes de vie, ou la perte d'équipements très coûteux dans le cas des satellites."

La méthode utilisée par l'équipe de chercheurs a le potentiel d'être étendue à d'autres matériaux carbonés 3D, et pourrait voir la création d'une nouvelle famille de matériaux carbonés poreux, qui pourrait voir des avantages pour le stockage d'énergie, appareils électroniques, catalyse, stockage de gaz, et les technologies de séparation des gaz.

Les résultats sont rapportés dans l'article « A 3-D Organically Syntheised Porous Carbon ».