Une découverte fortuite dans un laboratoire canadien pourrait contribuer à prolonger la durée de vie des batteries d’ordinateurs portables, de téléphones et de voitures électriques.
Selon des scientifiques de l’Université Dalhousie à Halifax, le ruban adhésif courant dans les batteries peut être la raison pour laquelle de nombreux appareils perdent une partie de leur puissance lorsqu’ils sont éteints ou lorsqu’ils ne sont pas utilisés, ce qui est un phénomène connu sous le nom d’autodécharge.
« Dans notre laboratoire, nous réalisons de nombreuses expériences très complexes pour améliorer les batteries, mais cette fois, nous avons découvert une chose très simple », a déclaré Michael Metzger, professeur adjoint au département de physique et de sciences atmosphériques de l’Université Dalhousie, dans un communiqué de presse. « Dans les cellules de batterie commerciales, il y a du ruban – comme du ruban adhésif – qui maintient les électrodes ensemble et il y a une décomposition chimique de ce ruban, ce qui crée une molécule qui conduit à l’auto-décharge. »
La solution est également simple, selon Metzger : remplacez le polyéthylène téréphtalate, ou PET, ruban en plastique couramment utilisé à l’intérieur des batteries par quelque chose de plus durable et stable.
« C’est une découverte commercialement pertinente », a déclaré Metzger. « C’est une petite chose mais cela peut certainement aider à améliorer les cellules de la batterie. »
Metzger et son équipe ont tenté de comprendre pourquoi les cellules de batterie lithium-ion des appareils inactifs ont tendance à perdre une partie de leur puissance et à s’autodécharger, ce qui a longtemps frustré les consommateurs et les fabricants.
« Chaque fabricant de cellules lithium-ion dans le monde veut rendre l’autodécharge aussi petite que possible », a déclaré Metzger à CTVNews.ca dans une déclaration conjointe avec l’étudiante diplômée Anu Adamson. « Dans chaque batterie, il y a un petit taux d’autodécharge qui vide lentement la batterie. C’est très gênant pour les utilisateurs et un gros casse-tête pour l’industrie. »
Les électrodes qui alimentent les batteries sont séparées par une solution électrolytique qui est généralement une forme de lithium. Après avoir exposé plusieurs cellules de batterie à différentes températures, les chercheurs ont été surpris de voir que la solution d’électrolyte était devenue rouge vif alors qu’elle devrait normalement être claire, ce qu’ils n’avaient jamais rencontré. La découverte a été faite par Adamson et deux autres étudiants.
L’analyse chimique de la solution d’électrolyte rouge a révélé qu’à des températures plus élevées, une nouvelle molécule avait été créée à l’intérieur de la batterie par la décomposition du ruban adhésif PET commun, qui est souvent utilisé pour maintenir les composants ensemble à l’intérieur des batteries. Solide et léger, le PET est également fréquemment utilisé pour les emballages en plastique, les bouteilles de boissons, les fibres de vêtements, etc.
Les chercheurs ont réalisé que la molécule rouge, le téréphtalate de diméthyle, agissait comme une navette redox, ce qui signifie qu’elle peut transporter des électrons entre les électrodes positives et négatives d’une batterie, créant une auto-décharge et épuisant la puissance même lorsqu’une batterie n’est pas utilisée. Idéalement, la navette d’électrons dans une batterie ne devrait se produire que lorsqu’un appareil est allumé.
« C’est une chose très simple – c’est dans chaque bouteille en plastique et personne n’aurait pensé que cela a un impact aussi énorme sur la façon dont les cellules lithium-ion se dégradent », a déclaré Metzger dans le communiqué de presse. « C’est quelque chose auquel nous ne nous attendions pas car personne ne regarde ces composants inactifs, ces bandes et ces feuilles de plastique dans la cellule de la batterie, mais il faut vraiment en tenir compte si vous voulez limiter les réactions secondaires dans la cellule de la batterie. »
Les résultats sont décrits dans une paire d’études publiées les 20 et 23 janvier dans le Journal of The Electrochemical Society, évalué par des pairs. Les chercheurs testent actuellement des substituts de bande PET.
« Étant donné que le PET dans la bande est le coupable qui crée la navette redox, nous devons le remplacer par un polymère plus stable et qui ne se décompose pas dans la chimie dure d’une batterie lithium-ion », ont déclaré Metzger et Adamson à CTVNews. Californie. « Jusqu’à présent, les résultats semblent très prometteurs, et nous prévoyons de publier prochainement un nouveau document de recherche sur les polymères améliorés pour les bandes de batterie lithium-ion. »
Selon les chercheurs, leurs travaux ont suscité l’intérêt de « certaines des plus grandes sociétés de matériel informatique et fabricants de véhicules électriques au monde », qui souhaitent réduire l’autodécharge et améliorer les performances des batteries.
« Nous avons visité certaines de ces entreprises et elles prévoient d’implémenter des polymères plus stables dans leurs cellules de batterie », a déclaré Metzger.
Dans le communiqué, Metzger a noté: « L’un des ingénieurs a dit: » J’ai entendu dire que vous aviez découvert que quelque chose n’allait pas avec la bande PET. Alors, je lui ai expliqué que cela provoquait cette auto-décharge et je lui ai demandé : ‘Qu’est-ce que tu utilises dans tes cellules ?’ Il a dit, ‘bande PET.' »
