Des chercheurs ont prédit l'apparition d'un nouveau réseau de carbone, similaire au graphène, mais doté d'une microstructure plus complexe, qui pourrait conduire à de meilleures batteries pour véhicules électriques. Le graphène est sans doute la forme particulière de carbone la plus connue. Il a été envisagé comme une nouvelle règle potentielle pour la technologie des batteries lithium-ion, mais de nouvelles méthodes de fabrication pourraient à terme produire des batteries plus gourmandes en énergie.
Le graphène peut être considéré comme un réseau d'atomes de carbone, où chaque atome de carbone est relié à trois atomes de carbone adjacents pour former de minuscules hexagones. Cependant, les chercheurs supposent qu'outre cette structure en nid d'abeille directe, d'autres structures peuvent également être générées.
Il s'agit du nouveau matériau développé par une équipe de l'Université de Marbourg en Allemagne et de l'Université Aalto en Finlande. Ils ont orienté les atomes de carbone vers de nouvelles directions. Ce réseau, appelé biphényle, est composé d'hexagones, de carrés et d'octogones, ce qui constitue une grille plus complexe que le graphène. Les chercheurs affirment que, par conséquent, il présente des propriétés électroniques sensiblement différentes et, à certains égards, plus intéressantes.
Par exemple, bien que le graphène soit apprécié pour ses propriétés semi-conductrices, le 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 conducteurs pour les appareils électroniques. Ils ont souligné qu'à cette échelle, le graphène se comporte toujours comme un semi-conducteur.
L'auteur principal a déclaré : « Ce nouveau type de réseau de carbone peut également être utilisé comme excellent matériau d'anode pour les batteries lithium-ion. Comparé aux matériaux actuels à base de graphène, il offre une plus grande capacité de stockage du lithium. »
L'anode d'une batterie lithium-ion est généralement composée de graphite étalé sur une feuille de cuivre. Sa conductivité électrique élevée est essentielle non seulement pour le placement réversible des ions lithium entre ses couches, mais aussi pour sa capacité à maintenir ce mouvement pendant des milliers de cycles. Cela en fait une batterie très efficace, mais aussi capable de durer longtemps sans se dégrader.
Cependant, des alternatives plus efficaces et plus petites, basées sur ce nouveau réseau carbone, pourraient accroître l'intensité du stockage d'énergie par batterie. Cela pourrait rendre les véhicules électriques et autres appareils utilisant des batteries lithium-ion plus compacts et plus légers.
Cependant, comme pour le graphène, le prochain défi consiste à fabriquer cette nouvelle version à grande échelle. La méthode d'assemblage actuelle repose sur une surface d'or ultra-lisse sur laquelle des molécules contenant du carbone forment initialement des chaînes hexagonales connectées. Des réactions ultérieures relient ces chaînes pour former des formes carrées et octogonales, ce qui rend le résultat final différent du graphène.
Les chercheurs ont expliqué : « La nouvelle idée consiste à utiliser des précurseurs moléculaires ajustés pour produire du biphényle plutôt que du graphène. L’objectif est désormais de produire des feuilles de matériau plus grandes afin de mieux comprendre ses propriétés. »
Date de publication : 06/01/2022
