Une équipe internationale de chercheurs dirigée par l’Université Stanford affirme avoir mis au point des piles rechargeables qui peuvent stocker jusqu’à six fois plus d’énergie que celles se trouvant présentement sur le marché.
Cette percée, publiée dans Nature, pourrait accélérer l’utilisation des piles rechargeables et permet aux chercheurs dans ce domaine de se rapprocher un peu plus de deux de leurs principaux objectifs: créer une pile rechargeable de haute performance pouvant permettre aux téléphones intelligents d’être chargés une seule fois par semaine, plutôt qu’à tous les jours, et ouvrir la voie à des véhicules électriques qui peuvent rouler sur une distance six fois plus grande sans avoir besoin de « faire le plein ».
Les nouvelles piles alcalines métal-chlore, mises au point par des chercheurs dirigés par le professeur de chimie Hongjie Dai et le candidat au doctorat Guanzhou Zhu, s’appuie sur la conversion du chlorure de sodium, ou chlorure de lithium, vers le chlore, et en sens inverse.
Lorsque les électrons voyagent d’un côté d’une pile rechargeable vers l’autre, la recharge permet d’inverser la réaction chimique pour permettre une nouvelle utilisation. Les piles non rechargeables n’ont pas cette possibilité. Une fois vidées, leur état chimique ne peut être restauré.
« Une pile rechargeable est un peu comme une chaise berçante. Elle penche dans une direction, puis revient à son état initial si vous ajoutez de l’électricité », a expliqué M. Dai. « Ce que nous avons, ici, est une chaise berçante de haut calibre. »
Découverte
La raison pour laquelle personne n’avait encore créé de pile rechargeable de haut calibre s’appuyant sur le chlore, c’est que cet élément est trop réactif et complexe à ramener à son état de base, le tout en conservant une efficacité élevée. Dans les rares cas où d’autres chercheurs ont réussi à atteindre une certaine capacité de recharge, la performance de la pile était mauvaise, affirment les scientifiques.
En fait, MM. Dai et Zhu ne voulaient pas, au départ, créer une pile rechargeable fonctionnant au sodium et au lithium-chlore, mais plutôt améliorer des technologies existantes en utilisant du chlorure de thionyle, qui étaient un type de pile à usage unique populaire inventé dans les années 1970.
Mais lors de leurs expériences avec du chlore et du chlorure de sodium, les chercheurs de Stanford ont constaté que la conversion d’un produit vers l’autre s’était en quelque sorte stabilisée, menant à une certaine capacité de recharge. « Je ne pensais pas que c’était possible, a affirmé M. Dai. Il nous a fallu au moins un an pour vraiment réaliser ce qui se passait. »
Au cours des années suivantes, l’équipe de recherche a résolu le mystère et tenté de trouver des façons d’améliorer l’efficacité du processus de recharge en expérimentant avec plusieurs matériaux pour former l’électrode positif de la pile. La solution est apparue du côté de scientifiques de Taïwan, qui ont employé un matériau à base de carbone comptant une grande quantité de trous microscopiques.
En pratique, ce matériau fonctionne comme une éponge, qui va alors absorber de grandes quantités de molécules de chlore et les stocker pour les convertir plus tard en sel (le chlorure de sodium) à l’intérieur de ces micropores.
« La molécule de chlore est coincée et protégée dans les petits pores des sphères de carbone lorsque la pile est chargée », explique M. Zhu. « Puis, lorsque les piles doivent être utilisées ou déchargées, nous pouvons la vider de son énergie et convertir le chlore pour en faire du sel de table, et répéter ce processus dans le cadre de plusieurs cycles. Nous pouvons actuellement aller jusqu’à 200 cycles, et il y a encore de la place à amélioration. »
Les chercheurs envisagent un avenir où leurs piles pourraient être employées dans des situations où la possibilité de recharge ne serait pas pratique ou possible, comme dans des satellites ou des senseurs en zone éloignée. Plusieurs satellites pouvant toujours servir sont en effet condamnés à flotter en orbite, avec des piles épuisées. De futurs engins équipés de nouvelles piles, avec des chargeurs solaires, auraient une autonomie beaucoup plus importante.