Votre intestin grêle inspire la science pour inventer la batterie du futur

Vous avez peut-être déjà entendu parler de biomimétisme : une idée révolutionnaire qui, pour faire simple, consiste à copier la nature.  Cette fois, une équipe de scientifiques de l'Université de Cambrige (Royaume-Uni) a développé un prototype de batterie, en s’inspirant non pas de dame nature, mais du corps humain. Et plus exactement de vos intestins ! Avant tout chose, pour bien comprendre, il faut savoir la batterie qui équipe la plupart des appareils électriques est constituée de trois composants : une électrode positive, une électrode négative et un électrolyte (sous forme liquide ou de  gel).  L’empilement de ces trois composants en "sandwich" forme un système électrochimique permet de fournir un courant électrique. 

Depuis plusieurs années déjà, les chercheurs s'intéressent à la technologie lithium-soufre. Pourquoi ? Parce que le soufre est extrêmement abondant, relativement léger et très bon marché. Et aussi parce que les batteries lithium-soufre présentent une meilleure tenue aux basses températures et seraient moins toxiques que les batteries lithium-ion. Enfin, et peut-être surtout, parce que cette technologie a potentiellement la capacité de multiplier par trois ou même par cinq, selon les estimations, l'autonomie des battteries. Comment ? Grâce à une densité énergétique maximale pouvant aller jusqu'à 2.600 Wh/kg, contre seulement 160 Wh/kg pour une batterie lithium-ion.

Sa densité énergétique plus élevée que celle d'une batterie lithium-ion s'explique par le fait que chaque atome de soufre peut se lier à deux ions de lithium. Dans les batteries conventionnelles, c'est en moyenne moins d'un ion de lithium qui réagit. Mais jusqu'à aujourd'hui, le développement de batteries lithium-soufre se heurtait à un problème de taille. Ces systèmes ne pouvaient guère supporter plus de 200 cycles de charge. La raison ? La cathode de soufre avait tendance à se dissoudre dans l'électrolyte, sous l'action des électrons. Dans un article récent, paru dans la revue scientifique Advanced Functional Materials,  l'équipe de scientifique de l'Université vient donc de présenter une percée majeure dans le domaine des batteries lithium-soufre. 

Afin de  remédier à ce problème, les scientifiques ont mis au point une structure en oxyde de zinc à l'échelle nanoscopique, en s'inspirant des villosités intestinales, une muqueuse qui tapisse toute la paroi de l'intestin grêle. Dans le corps humain, cette membrane, qui ressemble à des petits doigts, recouvre sa paroi et a pour fonction de faciliter le passage des nutriments dans le sang. En faisant intervenir un mécanisme similaire, les scientifiques ont reproduit ces villosités de manière artificielle et les ont placées à la surface d'une électrode. Ils se sont alors aperçus que le dispotif permetttait en fait de "recycler" chimiquement l'énergie. Résultat : une cathode haute performance capable de recharger sur plus de 2000 cycles ! 

Bientôt la fin de la panne de batterie ? "En prenant notre inspiration dans le monde naturel, nous avons pu trouver une solution qui nous l’espérons permettra de surmonter les limites technologiques actuelles pour développer les batteries de demain", a conclut le principal auteur de l’étude, Teng Zhao, chercheur à Cambridge. En effet, bien que théorique, cette découverte pourrait bien permettre la conception de batteries moins chères et plus légères, mais surtout plus puissantes et plus efficaces. La relève des batteries Lithium-ion est donc assurée. Et leur nouvelle autonomie pourrait bien nous changer la vie, d'ici seulement un ou deux ans.