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Pour son édition 2021, notre dossier des Découvertes de l’année offre une place aux jeunes! En plus des textes réguliers de nos journalistes, nous avons demandé à des élèves de la quatrième année du secondaire du Collège Sainte-Anne de Lachine de nous présenter à leur façon les découvertes primées.
La science d’ici vue par les jeunes d’ici!
Les batteries rechargeables conventionnelles, aussi connues sous le nom de lithium-ion, font fonctionner nos voitures électriques, nos appareils et nos téléphones. Cependant, ces batteries peuvent être dangereuses à cause de leur risque d’explosivité. Parlez-en aux quelques propriétaires de téléphones Samsung Galaxy Note 7, qui ont vu leur appareil exploser en 2016 à cause de défauts de la batterie. Des ingénieurs chimistes de l’Université de Sherbrooke, Vincent St-Onge et Jérôme P. Claverie, ainsi que leur équipe, ont mis au point la première batterie à base de métal lithium qui a beaucoup moins de risques d’explosion et qui pourraient un jour remplacer les batteries rechargeables traditionnelles.
Les batteries lithium-ion traditionnelles contiennent une substance organique liquide appelée électrolyte. Elle permet la circulation des ions et elle est souvent nuisible à l’environnement. Les électrolytes liquides utilisés dans ces batteries sont souvent très sensibles aux chocs et ne doivent pas entrer en contact avec l’air. De plus, ces batteries se dégradent avec le temps en raison d’une réaction produite entre l’électrolyte et la cathode, la borne positive de la batterie, après plusieurs cycles de recharges.
Heureusement une solution potentielle existe déjà : remplacer l’électrolyte liquide, réactif et toxique, par un polymère solide. Ces batteries, appelées lithium-solide, existent déjà et leur électrolyte “solide” est en fait sous forme pâteuse. Il y a toutefois un inconvénient avec ce polymère solide: sa tendance naturelle à cristalliser. La formation de cristaux dans l’électrolyte agit comme une barrière infranchissable pour les ions entre la borne positive et la borne négative. « C’est comme un mur de brique qui diviserait une maison en deux, la rendant ainsi inutilisable, compare Vincent St-Onge. Si on dépose les briques les unes au-dessus des autres de manière adéquate, on aura un assemblage bien rigide et très dense où rien ne pourra passer, tout comme la barrière de cristaux dans l’électrolyte. »
Pour réduire la cristallisation dans l’électrolyte des batteries solides, Jérôme Claverie et son équipe ont eu l’idée d’ajouter des imperfections dans l’électrolyte grâce à une technique appelée copolymérisation statistique. Cette méthode consiste à créer des trous dans l’électrolyte pour permettre aux ions de circuler librement et ainsi casser les cristallites. « Si on insère des défauts à l’intérieur du mur de brique, continue Vincent St-Onge, ça permet un assemblage plus doux que rigide. »
La découverte pourrait influencer favorablement le développement des véhicules électriques. « Ces batteries permettraient de résoudre deux problèmes importants, explique Jérôme Claverie. Le premier, c’est l’inflammabilité. Le second est que la quantité d’énergie qu’on peut stocker est plus grande dans une batterie solide que dans une batterie liquide. » Ainsi, ces batteries pourraient très vite améliorer les voitures électriques existantes et propulser les technologies vers un futur à zéro émission moteur. Qui sait si ces batteries ne permettront pas les premiers essais d’avions électriques?
Auteurs: Tia Chamma, Judy Xu, Yunjiao Fan, Thanasi Christopoulos, Ali Cherif Belmeliani, Faarnam Moghaddar et Javier Felipe Esparza Buendia
Lisez la présentation de cette découverte par l’équipe de Québec Science.
