L''EPFZ développe des batteries plus sûres

Smartphones explosifsLe naufrage du dernier Samsung, retiré cette semaine pour cause de batteries explosives, illustre les problèmes de miniaturisation des batteries lithium-ion.

Un smartphone victime d'une explosion

Un smartphone victime d'une explosion Image: AFP

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Des chercheurs de l'EPFZ ont développé un modèle ininflammable, mais il doit encore évoluer.

Le géant sud-coréen Samsung a annoncé mardi l'arrêt total de la production de son smartphone Galaxy Note 7, plusieurs d'entre eux ayant pris feu. Des cas statistiquement très rares mais aux conséquences incalculables.

Le phénomène ne touche pas que les téléphones portables, des incendies de batteries ont déjà eu lieu dans différents produits, dont des ordinateurs portables de Sony, des planches à roulettes électriques, des bicyclettes électriques et même des avions Dreamliner de Boeing. Apple et Tesla n'ont pas été épargnés.

Les batteries lithium-ion sont une technologie en constante évolution où les fabricants doivent faire un compromis entre performance, coût et sécurité. Commercialisées pour la première fois par Sony dans les années 1990, elles dominent le marché de l'électronique, et commencent à prendre l'avantage sur les autres batteries dans les transports.

Electrolyte inflammable

Elles sont basées sur l'échange réversible de l'ion lithium entre une cathode et une anode, passant par un séparateur et un électrolyte (un liquide ou un gel). Avec cette technologie, on est passé d'un électrolyte aqueux à un électrolyte organique, de la famille des carbonates, dont l'inconvénient est d'être potentiellement inflammable.

La réaction chimique produisant de la chaleur, un excès de température ou de tension peut être en cause lors des incidents. Les couches de matériaux conducteurs étant supposées ne jamais entrer en contact, les constructeurs insèrent des séparateurs en matière synthétique afin d'éviter les courts-circuits.

Le processus de fabrication peut toutefois endommager les séparateurs. Un défaut d'étanchéité de l'enveloppe peut également être en cause.

En quête d'alternatives

«Le lithium est hautement réactif», a expliqué à l'ats Jennifer Rupp, de l'Ecole polytechnique fédérale de Zurich (EPFZ): «Si l'électrolyte liquide avec le lithium qu'il contient entre en contact avec l'air, il peut s'enflammer spontanément».

C'est pourquoi de nombreux laboratoires dans le monde travaillent sur des alternatives plus sûres. Une des possibilités est d'élaborer des enveloppes plus résistantes. L'équipe de Jennifer Rupp privilégie une autre piste: elle a développé une batterie lithium-ion sans liquide ni gel. Même à haute température, elle ne peut s'enflammer.

Dans cet accumulateur, non seulement les électrodes, mais aussi l'électrolyte est solide. Il est fait d'un composé appelé lithium-grenat qui compte parmi les matériaux ayant la meilleure capacité conductrice des ions lithium.

Séparateur plus fin

Le nouvel accu se recharge également plus vite qu'un modèle classique grâce à une surface de contact plus grande entre le pôle négatif et l'électrolyte. Les chercheurs envisagent des débouchés dans des batteries fines que l'on pourrait placer directement sur les puces électroniques.

En effet, cette technologie permet d'utiliser un séparateur plus fin: 100 nanomètres (milliardièmes de mètre) au lieu de 10 micromètres (millionièmes de mètre) environ actuellement, précise Mme Rupp.

Il y a néanmoins un bémol, et de taille: même si elle peut fonctionner à température ambiante, la batterie sèche donne pour l'instant le meilleur d'elle-même aux environs de 95 degrés. C'est la température à laquelle les ions se déplacent le mieux dans l'accumulateur.

Pas pour tout de suite

Une utilisation dans le domaine des téléphones portables n'est donc pas pour tout de suite. En attendant, les scientifiques voient leur invention par exemple dans des centrales d'accumulation d'électricité couplées à des installations industrielles produisant de la chaleur.

Selon Jennifer Rupp, une commercialisation n'est de toute manière guère envisageable avant cinq ans. Ces recherches ont été publiées cet été dans la revue Advanced Energy Materials. Elles se poursuivent en collaboration avec l'Institut Paul Scherrer et l'Empa. (ats/nxp)

Créé: 15.10.2016, 09h06

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