Des chercheurs ont prédit l'existence d'un nouveau réseau de carbone, semblable au graphène, mais doté d'une microstructure plus complexe, susceptible de permettre la fabrication de batteries plus performantes pour véhicules électriques. Le graphène est sans doute la forme de carbone la plus connue. Il a été envisagé comme une avancée majeure pour la technologie des batteries lithium-ion, mais de nouvelles méthodes de fabrication pourraient à terme produire des batteries encore plus puissantes.
Le graphène peut être considéré comme un réseau d'atomes de carbone, où chaque atome est lié à trois atomes adjacents pour former de minuscules hexagones. Cependant, les chercheurs supposent qu'en plus de cette structure en nid d'abeille directe, d'autres structures peuvent également se former.
Il s'agit du nouveau matériau mis au point par une équipe de l'Université de Marbourg en Allemagne et de l'Université Aalto en Finlande. Ils ont orienté les atomes de carbone dans de nouvelles directions. Ce réseau, appelé biphényle, est composé d'hexagones, de carrés et d'octogones, formant une structure plus complexe que le graphène. Les chercheurs affirment que, de ce fait, il possède des propriétés électroniques sensiblement différentes et, à certains égards, plus intéressantes.
Par exemple, bien que le graphène soit apprécié pour ses propriétés de semi-conducteur, ce nouveau réseau de carbone se comporte davantage comme un métal. En effet, avec seulement 21 atomes de large, les bandes du réseau de biphényle peuvent servir de fils conducteurs pour les dispositifs électroniques. Les chercheurs ont souligné qu'à cette échelle, le graphène conserve les propriétés d'un semi-conducteur.
L’auteur principal a déclaré : « Ce nouveau type de réseau de carbone peut également servir d’excellent matériau d’anode pour les batteries lithium-ion. Comparé aux matériaux actuels à base de graphène, il présente une capacité de stockage du lithium supérieure. »
L'anode d'une batterie lithium-ion est généralement composée de graphite déposé sur une feuille de cuivre. Sa conductivité électrique élevée est essentielle non seulement pour l'insertion réversible des ions lithium entre ses couches, mais aussi pour sa capacité à se maintenir pendant des milliers de cycles. Il en résulte une batterie très performante et d'une grande longévité.
Cependant, des alternatives plus efficaces et plus compactes, s'appuyant sur ce nouveau réseau de carbone, pourraient rendre le stockage d'énergie par batteries plus intensif. Ceci pourrait permettre de réduire la taille et le poids des véhicules électriques et autres appareils utilisant des batteries lithium-ion.
Cependant, à l'instar du graphène, le prochain défi consiste à trouver comment fabriquer cette nouvelle version à grande échelle. La méthode d'assemblage actuelle repose sur une surface d'or extrêmement lisse sur laquelle des molécules contenant du carbone forment initialement des chaînes hexagonales interconnectées. Des réactions ultérieures relient ces chaînes pour former des structures carrées et octogonales, ce qui confère au matériau final un aspect différent de celui du graphène.
Les chercheurs expliquent : « La nouvelle idée consiste à utiliser des précurseurs moléculaires modifiés pour produire du biphényle au lieu du graphène. L’objectif est désormais de produire des feuilles de matériau plus grandes afin de mieux comprendre ses propriétés. »
Date de publication : 6 janvier 2022
