En plus de ses propriétés favorisant la durée de vie et la vitesse de chargement, le graphène pourrait ouvrir la porte à une génération de batteries plus propres et faciles à recycler. De quoi envisager un nouvel horizon pour le vélo à assistance électrique.
Un nano-matériau prometteur pour la fabrication de batteries
Et si le graphène réservait encore quelques surprises ? Ce nano matériau, composé d’une seule couche d’atomes de carbone, promet, depuis qu’il a été synthétisé en 2004, de révolutionner bien des secteurs d’activité. En particulier celui du stockage d’énergie et de la conception des batteries, notamment celles destinées aux vélos électriques.
Si dans notre vie quotidienne la rupture technologique attendue tarde à se concrétiser à cause d’une industrialisation complexe et coûteuse, en laboratoire, ce dérivé du graphite a déjà fait la démonstration de ses propriétés hors norme. Avec une meilleure vitesse de charge, des risques d’échauffement réduits et une durée de vie accrue, les batteries au graphène surpasseraient sur de nombreux plans les performances des accumulateurs actuels.
Mais ce super matériaux pourrait également donner naissance à une génération de batteries plus respectueuses de l’environnement. C’est en tout cas ce qu’avancent les chercheurs du Graphene Flagship le plus important pôle de recherche scientifique de l’Union européenne doté d’un budget d’un milliard d’euros. En association avec le Trinity College de Dublin, en Irlande, le CIC EnergiGUNE et l’INCAR-CSIC, en Espagne, ils sont récemment parvenus à produire des batteries rechargeables et des dispositifs de stockage d’énergie exempts d’éléments toxiques.
Bio-encre
L’étude s’est portée sur des batteries de type sodium-air (Na-O2) dotées d’une cathode réalisée à l’aide d’un aérogel poreux à base de graphène. Pour l’obtenir, les chercheurs ont mis en œuvre un processus complexe d’exfoliation électrochimique utilisant notamment des dérivés phosphatés de l’adonésine, une biomolécule qui participe à la formation de l’ADN et joue un rôle majeur dans le métabolisme. C’est l’action de cette substance qui permettrait de générer une encre conductrice ne contenant ni solvant, ni aucun additif sans pour autant nuire aux performances finales de l’appareil.
Ces nouvelles batteries pourraient en effet être rechargées 50 fois avec une efficacité de 94%. Un résultat très compétitif qui surpasserait les autres cathodes à base de graphène. « Nous pensons que les phosphates de ces biomolécules sont la principale raison de ce succès. Ces groupes chimiques permettent au NaO2 d’être recyclé plus rapidement pendant la phase de charge », explique Nagore Ortiz-Vitoriano, du CIC EnergiGUNE, co-auteur de l’étude.
Le graphène, une approche durable
Cette bio-encre au graphène a également été utilisée pour imprimer des motifs électriquement conducteurs sur des micro-supercondensateurs. Ces dispositifs de stockage d’énergie afficheraient des performances remarquables, comparables aux appareils actuels à base de graphène, en conservant environ 75% de leurs performances initiales après 5 000 cycles de charge / décharge.
« En démontrant qu’une bio-encre aqueuse à base de graphène améliore les performances des batteries et des supercondensateurs, ce travail fournit une nouvelle solution matérielle durable pour faire avancer le domaine », commente Vittorio Pellegrini, responsable du groupe de travail du Graphene Flagship pour le stockage d’énergie.
Et Andrea C. Ferrari, responsable scientifique et technologique du Graphene Flagship et présidente de son comité de direction d’ajouter : « La réalisation des objectifs de développement durable est au cœur de la science et de l’innovation du Graphene Flagship. Les applications énergétiques sont parmi les domaines d’impact prometteurs pour le graphène et les matériaux connexes. Ces travaux montrent une approche durable pour la production de graphène à utiliser dans des batteries rechargeables, avec un double avantage pour l’environnement. »
Recyclage facilité
Plus propres lors de leur phase de production, ces batteries améliorées pourraient également apporter des solutions aux problématiques de recyclage en simplifiant et en optimisant le processus.
Un enjeu qui tient particulièrement à cœur de Cyclable pour qui le devenir environnemental des vélos à assistance électrique qu’il distribue est une préoccupation majeure. Depuis 2018, le réseau est engagé dans la filière de retraitement des batteries de VAE via son adhésion à l’éco-organisme Corepile.
Sources :