Batterie au graphène : avantages, fonctionnement, différences avec Li-ion, tout savoir sur l’énergie du futur !

Les recherches s’accentuent autour des batteries au graphène, considérées comme l’une des solutions les plus prometteuses pour les années à venir. Elles permettront d’atteindre une amélioration des performances, notamment en termes d’autonomie et de vitesse de charge comparativement aux batteries conventionnelles. Le graphène vaut donc largement l’investissement en ressources dont il fait l’objet.

Les batteries ont du mal à suivre le rythme actuel de l’évolution des composants électroniques. Bien qu’il soit possible de stocker une grande quantité d’énergie dans certains types de batteries, celles-ci sont très volumineuses et très lourdes. Elles se chargent et libèrent leur énergie avec une relative lenteur.

Le graphène est considéré depuis quelques années comme la solution qui sera au cœur des batteries du futur. La R&D se concentre davantage sur cette piste pour booster les performances des solutions de stockage d’énergie actuelle. Samsung est l’une des entreprises qui s’activent le plus dans ce domaine.

En novembre 2017, la firme coréenne a déposé un brevet portant sur une batterie au graphène capable de stocker deux fois plus d’énergie que les batteries actuelles en plus de se recharger cinq fois plus vite, un peu comme les batteries sodium-ion qu’une start-up française va produire en masse d’ici 2020.

Le graphène  : c’est quoi ?

Le carbone est un élément extrêmement flexible qui peut prendre plusieurs formes. Le graphène en est dérivé. Il s’agit d’une fine couche de carbone pur qui est un million de fois plus mince que le papier, à tel point qu’il est en fait considéré comme un élément à deux dimensions. Il se retrouve dans pas mal d’objets du quotidien. Le graphite qui compose la mine du crayon à papier est par exemple obtenu après compilation du graphène.

En plus d’être très fin, il est également l’un des matériaux les plus résistants au monde, ce qui a conduit James Hone, professeur à l’Université de Columbia à affirmer métaphoriquement que le graphène est si résistant « qu’il pourrait tenir un éléphant en équilibre sur un crayon ». Mais s’il est considéré comme un saint-Graal, c’est aussi parce qu’il a un potentiel énorme qui pourrait révolutionner de nombreux secteurs, notamment celui des batteries.

Batterie au graphène : avantages

Samsung concentre l’attention de ses chercheurs sur les batteries au graphène depuis quelques années non seulement parce qu’elles sont plus sures que les batteries Lithium-ion (on se souvient encore de l’épisode du Galaxy Note 7 qui a conduit à son échec commercial en 2016), mais aussi parce que ce matériau promet de meilleures performances.

Le graphène est réputé pour sa grande conductivité électrique. Les électrons s’y déplacent en effet jusqu’à 150 fois plus vite que dans le silicium, ce qui permet de réduire le temps de charge. Il a par ailleurs une meilleure densité énergétique et une meilleure endurance. La batterie brevetée par Samsung promet par exemple un temps de recharge 5 fois plus rapide pour une densité énergétique double, comparativement aux batteries conventionnelles.

Batterie au graphène : fonctionnement

Le graphène ne change rien au fonctionnement traditionnel d’une batterie qui repose sur un accumulateur électrique à deux électrodes : une négative (anode) et l’autre positive (la cathode). Le flux des ions passe toujours par une solution électrolyte dans une direction ou dans l’autre selon que la batterie se charge ou se décharge.

La principale différence entre les batteries à base de graphène et celles conventionnelles réside dans la composition des deux électrodes. Mais dans une batterie au graphène, les électrodes sont composées d’un matériau hybride faisant la part belle au graphène dont les propriétés permettent de booster les performances en termes de densité d’énergie et de vitesse accumulation.

Une différence avec les batteries Li-ion ?

Contrairement à ce que l’on pourrait penser, le graphène ne remplace pas la batterie Li-ion mais s’incorpore à celle-ci pour améliorer ses performances. La batterie au graphène de Samsung repose par exemple sur une couverture de l’anode et de la cathode par des « boules de graphène », comme les chercheurs l’expliquent dans un article paru dans la revue Nature.

Dans la plupart des batteries, les oxydes utilisés pour les électrodes ne sont pas de bons conducteurs d’énergie. En ajoutant des boules de graphène, les chercheurs ont pu améliorer ces matériaux en augmentant leur conductivité électrique, mais aussi l’accessibilité des ions lithium.