Alors que nos gadgets de nos jours deviennent constamment plus petits et plus puissants, le développement de batteries commerciales à la fois suffisamment petites et dotées d'une capacité suffisante pour répondre à leurs besoins énergivores n'a pas tout à fait suivi le rythme.

La plupart des gens ont entendu parler des batteries lithium-ion (Li-ion). Ils se trouvent dans presque tous les appareils électroniques mobiles - à partir de votre téléphone portable et de votre ordinateur portable, jusqu'aux alimentations de secours sur les jets et même les engins spatiaux. Étonnamment cependant, malgré cette énorme demande, la conception fondamentale des batteries Li-ion est restée globalement similaire ces dernières années.

La durée de vie de la batterie est souvent le facteur contraignant dans de nombreuses applications existantes et expérimentales. C'est la clé de l'avenir des technologies telles que les voitures électriques, et pour le stockage d'énergie de grande capacité pour les énergies renouvelables telles que l'énergie éolienne et solaire. En fait, les progrès relativement lents dans le développement de nouvelles batteries ont conduit de nombreux fabricants d'électronique à essayer de réduire ou de maintenir les besoins en énergie de leurs produits pour trouver un équilibre.

Ce qui ne veut pas dire qu'il n'y a pas de recherche sur les nouvelles techniques de stockage d'énergie. Loin de ça, en fait. Les dernières décennies ont vu une explosion de la recherche dans ce domaine. Sans surprise, une grande partie de cela tourne autour de l'amélioration des batteries Li-ion. Le nouveau graphène « matériau miracle » a également été suggéré comme une clé possible de la solution. Le graphène possède un certain nombre de propriétés intéressantes qui ont conduit les chercheurs à suggérer soit de modifier les composants des batteries Li-ion, ou en utilisant le graphène comme moyen de stockage d'énergie à la place comme des solutions prometteuses.

Il suffit d'ajouter du graphène

Le graphène a également été utilisé pour développer des appareils électroniques avec des besoins en énergie extrêmement faibles. Cela est possible (en partie) parce que le graphène pur a la résistivité la plus faible de tous les matériaux connus à température ambiante - les appareils en graphène pur peuvent conduire l'électricité plus efficacement que tout autre matériau (à température ambiante). En conséquence, très peu d'énergie est gaspillée.

Les appareils construits avec du graphène ne rencontreraient pas les mêmes problèmes de chauffage que ceux rencontrés par l'électronique actuelle - ils pourraient fonctionner indéfiniment avec très peu d'augmentation de température. La chaleur est mauvaise pour l'électronique; cela signifie que de l'énergie est gaspillée et cela sert souvent à réduire davantage l'efficacité de l'appareil à mesure qu'il chauffe. Le graphène pur élimine pratiquement les pertes d'énergie de ce type, ce qui rend les appareils fabriqués à partir de celui-ci extrêmement économes en énergie. Pour l'électronique grand public, cela pourrait signifier des appareils beaucoup plus puissants avec une durée de vie de la batterie considérablement améliorée - un scénario gagnant-gagnant s'il en est.

Quoi de plus, Des études indiquent que l'utilisation de graphène pour remplacer ou améliorer les composants des batteries Li-ion peut considérablement améliorer la densité énergétique et la longévité de la batterie. Une technique populaire a consisté à fabriquer les anodes ou les cathodes des batteries Li-ion à partir de graphène.

Votre prochaine batterie pourrait être un supercondensateur

Une autre technique consiste à utiliser le graphène comme support de stockage d'énergie lui-même. Cela a été utilisé pour construire des supercondensateurs - peut-être le futur concurrent le plus puissant des batteries Li-ion dans des utilisations qui nécessitent des temps de charge très rapides, comme dans le cas des voitures électriques.

C'est sans doute leur caractéristique critique. Un supercondensateur peut passer de complètement déchargé à complètement chargé plusieurs ordres de grandeur plus rapidement que des batteries Li-ion comparables. Dans ce contexte, c'est la grande surface de graphène qui est importante, car la quantité de charge qui peut être stockée est liée à la surface des matériaux à partir desquels elle est fabriquée. Donc encore, le graphène est idéal.

Malgré le potentiel des supercondensateurs à défier la batterie Li-ion omniprésente, les supercondensateurs actuels sont invariablement trop gros et trop chers pour les remplacer dans les mêmes rôles. Cependant, des prototypes indiquent que les supraconducteurs pourraient répondre aux exigences nécessaires pour remplacer les batteries conventionnelles dans un avenir pas trop lointain.

Finalement, le défi avec l'un de ces prototypes est la capacité d'adapter la production pour répondre aux demandes de l'industrie de l'électronique grand public. Les solutions à base de graphène ont jusqu'à présent été notoirement difficiles à fabriquer à grande échelle, grâce en partie à la difficulté d'isoler du graphène de haute qualité. Néanmoins, l'avenir du stockage d'énergie et des technologies écoénergétiques s'annonce prometteur. Que le graphène joue finalement un rôle dans la révolution ou non, il est clair que la recherche sur ces technologies conduira éventuellement à l'introduction de produits moins chers et plus durables avec une capacité plus élevée.

Ce n'est pas un euphémisme de dire qu'une révolution énergétique nous attend grâce aux dispositifs de stockage d'énergie de nouvelle génération, qui pourrait contribuer à inaugurer l'ère des véhicules entièrement électriques, production d'énergie renouvelable à grande échelle et la fin de notre dépendance aux combustibles fossiles.

Cette histoire est publiée avec l'aimable autorisation de The Conversation (sous Creative Commons-Attribution/Pas de dérivés).