Cette découverte va rendre nos batteries de smartphones et de voitures presque immortelles

Les batteries, c’est le cœur de nos appareils modernes. Et c’est souvent l’objet de toutes les critiques.

Que ce soit pour faire rouler une voiture électrique sur des centaines de kilomètres ou pour garder votre smartphone allumé toute la journée, on a tous besoin de batteries performantes, qui offrent de l’autonomie, une charge rapide et qui durent longtemps sans se dégrader.

Mais le problème, c’est qu’elles s’usent. Avec le temps, elles perdent de leur capacité, et on se retrouve à les recharger sans arrêt ou à les remplacer.

Bonne nouvelle : une équipe de chercheurs chinois vient de faire une découverte qui pourrait bouleverser tout ça. Ils ont trouvé un moyen de faire « rajeunir » les batteries au lithium grâce à un phénomène appelé « contraction thermique ».

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D’abord, un petit cours accéléré sur les batteries au lithium. Ces batteries fonctionnent grâce à des matériaux, notamment des électrodes positives (les cathodes) qui stockent et libèrent l’énergie. Les chercheurs de l’Institut de Ningbo, en Chine, ont travaillé sur un type particulier de matériau : les cathodes à base de manganèse riches en lithium. Ces matériaux sont prometteurs parce qu’ils peuvent stocker beaucoup plus d’énergie que les cathodes classiques – jusqu’à 30 % de plus. Ça veut dire des batteries qui durent plus longtemps et qui coûtent moins cher à produire.

Mais il y a un hic. Ces matériaux ont un gros défaut : avec le temps, ils perdent en stabilité. Pendant les cycles de charge et de décharge, l’oxygène dans le matériau devient un peu trop « excité » (on appelle ça l’activité redox de l’oxygène). Résultat : la structure du matériau se dégrade, la tension baisse, et la batterie devient moins performante.

Mais les chercheurs ont découvert un phénomène incroyable : quand on chauffe ces matériaux à une température entre 150 et 250 °C, au lieu de se dilater (comme le font la plupart des solides), ils se contractent. Ce « rétrécissement thermique » permet de réorganiser la structure interne du matériau et de réparer les dégâts. En gros, la batterie se régénère.

Un phénomène étudié

Ce phénomène, appelé dilatation thermique négative (ou NTE pour les intimes), est une vraie surprise. Normalement, quand on chauffe un matériau, il gonfle, comme du métal qui s’étire sous la chaleur. Mais là, c’est l’inverse.

Les chercheurs ont utilisé une technologie de pointe, la diffraction des rayons X synchrotron (SXRD), pour observer ce comportement étrange. Ils ont découvert que cette contraction est liée à un désordre dans la structure du matériau, qui se réorganise de manière plus ordonnée sous l’effet de la chaleur.

Mais ce n’est pas tout. Les chercheurs ont aussi trouvé un moyen de contrôler ce phénomène. En ajustant la composition chimique du matériau, ils ont créé une version avec une dilatation thermique proche de zéro – autrement dit, un matériau qui ne bouge presque pas, même sous des températures extrêmes. Et pour couronner le tout, ils ont mis au point une technique appelée « recuit électrochimique ». En gros, en appliquant une tension spécifique (4 volts, pour être précis), ils peuvent déclencher une réorganisation de la structure directement dans la batterie, sans même la chauffer. Résultat : la batterie retrouve presque 100 % de sa tension initiale.

Pourquoi ça change tout ?

Cette découverte, publiée dans la prestigieuse revue Nature, aura des implications concrètes. D’abord, elle pourrait permettre de fabriquer des batteries plus durables, qui durent des années sans perdre en performance.

Ensuite, ces batteries seraient plus écologiques, parce qu’on aurait moins besoin de les remplacer, ce qui réduit les déchets et la consommation de ressources rares comme le lithium ou le cobalt.

Mais ce n’est pas seulement une question de durée de vie. Ces nouvelles batteries pourraient aussi être plus puissantes. Grâce à leur capacité à stocker plus d’énergie, elles pourraient propulser des avions électriques ou des drones longue distance. Et comme elles coûtent moins cher à produire (le manganèse est plus abondant et moins cher que d’autres matériaux comme le nickel), elles pourraient rendre les technologies vertes plus accessibles à tous.

Enfin, cette découverte ouvre la voie à des batteries plus « intelligentes », capables de se réparer automatiquement grâce à des stratégies de charge optimisées. On n’est pas encore dans un monde où les batteries durent éternellement, mais on s’en approche.

Pour aller plus loin, les chercheurs proposent une nouvelle approche pour concevoir des matériaux. Plutôt que de chercher à tout prix des structures parfaites et stables, ils suggèrent d’exploiter le « désordre » des matériaux pour créer des propriétés inédites.

C’est une révolution dans la manière de penser les technologies de demain, et pas seulement pour les batteries. On pourrait voir des applications dans d’autres domaines, comme les capteurs, les panneaux solaires ou même les matériaux de construction.

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