Les accumulateurs lithium possèdent une très haute densité d'énergie, et ne présentent ni effet mémoire ni phénomène d'autodécharge prononcé. Les réactions chimiques mises en jeu sont néanmoins assez brutales, « usant » progressivement l’accumulateur — plus communément appelé « batterie ». Un problème que des chercheurs de l’université de Stanford pourraient bien avoir résolu, si l’on en croît l’article qu’ils ont récemment publié dans Nature Nanotechnology.
Lors de la charge, les ions de l’électrolyte vont de l’anode vers la cathode ; à la décharge, ils font le chemin inverse. Dans les batteries lithium métal, l’anode est composée de lithium métallique : le rendement est excellent, mais l’ensemble est assez instable. Dans les batteries lithium-ion, le lithium à l’état ionique joue le rôle d’électrolyte, la cathode et l’anode étant constituée d’un « sandwich » de lithium et de divers matériaux (graphite, manganèse, dioxyde de cobalt). Ces batteries sont plus sûres, mais moins efficaces — les batteries lithium-polymère, dans lesquelles l’électrolyte est figée dans un gel, sont encore plus sûres et encore moins efficaces.
Tout l’enjeu de la conception des batteries lithium consiste à équilibrer stabilité et rendement, en utilisant diverses formules chimiques selon les besoins. Mais les travaux de ces chercheurs de l’université de Stanford pourraient concilier stabilité et rendement. Lors de la charge, les ions lithium s’agglomèrent à l’anode de manière irrégulière : ces agrégats, appelés dendrites, font progressivement chuter le rendement de la batterie et sa fiabilité. Les chercheurs ont réussi à prévenir ce phénomène en recouvrant l’anode d’une couche protectrice de carbone amorphe d’une vingtaine de nanomètres. L’anode peut ainsi être composée de lithium pur pour un rendement maximal, et l’ensemble est d’une stabilité à toute épreuve.
Alors que les performances des batteries lithium commencent à se dégrader après quelques dizaines de cycles, la batterie des chercheurs de l’université de Stanford pourrait conserver un rendement de 99 % après 150 cycles. En théorie, du moins : ces recherches sont, justement, des recherches. On ne devrait toutefois pas attendre des décennies avant qu’elles soient appliquées, puisque des chercheurs de l’Université de Mulhouse Colmar Alsace et de l’Université Montpellier-1 travaillent sur le même problème avec des résultats prometteurs. Reste que les réserves de lithium étant très limitées, ces technologies ne seront que transitoires : l’avenir est sans doute au graphène, matériau « miracle » qui promet de décupler l’autonomie et la durée de vie des batteries.