Des chercheurs de l'université de Stanford ont annoncé une avancée potentielle dans la technologie des batteries à semi-conducteurs, rapportant qu'un revêtement d'argent à l'échelle nanométrique peut renforcer considérablement le cœur en céramique de ces batteries, s'attaquant ainsi à un obstacle majeur à leur adoption généralisée. Les batteries à semi-conducteurs, qui remplacent l'électrolyte liquide inflammable que l'on trouve dans les batteries lithium-ion actuelles par un matériau solide, promettent une plus grande densité énergétique, des temps de charge plus rapides et une sécurité accrue. Cependant, elles ont été en proie à une tendance à se fissurer et à tomber en panne avec le temps.

L'équipe de recherche, dirigée par le professeur Chaoyang Zhao, a découvert que l'application d'une couche d'argent atomiquement mince sur l'électrolyte en céramique aide à sceller les défauts microscopiques et à empêcher la propagation des dendrites de lithium – des projections de lithium en forme de doigts qui peuvent provoquer des courts-circuits. Ce revêtement d'argent agit essentiellement comme une barrière protectrice, renforçant l'intégrité structurelle de la batterie.

« L'argent aide à redistribuer les ions lithium plus uniformément, empêchant la formation de points de contrainte localisés qui entraînent des fissures », a expliqué M. Zhao. Les résultats, publiés dans la revue Advanced Materials, suggèrent une approche relativement simple et évolutive pour surmonter l'un des obstacles les plus importants au développement des batteries à semi-conducteurs.

Les batteries à semi-conducteurs représentent une technologie potentiellement transformatrice pour une gamme d'applications, notamment les véhicules électriques, l'électronique portable et le stockage d'énergie à l'échelle du réseau. Leur densité énergétique plus élevée pourrait permettre aux véhicules électriques d'avoir une plus grande autonomie, tandis que leur sécurité améliorée pourrait réduire le risque d'incendie des batteries. Les temps de charge plus rapides offerts par les batteries à semi-conducteurs pourraient également rendre les véhicules électriques plus pratiques pour les consommateurs.

La génération actuelle de batteries lithium-ion repose sur un électrolyte liquide, qui est inflammable et peut se dégrader avec le temps, ce qui limite la durée de vie de la batterie. Les batteries à semi-conducteurs éliminent ce composant liquide, offrant une alternative plus sûre et plus durable. Cependant, la fragilité des électrolytes solides a posé un défi d'ingénierie important.

L'innovation de l'équipe de Stanford s'attaque à ce défi en tirant parti des propriétés uniques de l'argent à l'échelle nanométrique. Le revêtement d'argent est appliqué à l'aide d'un procédé appelé dépôt de couches atomiques, qui permet un contrôle précis de l'épaisseur et de l'uniformité du revêtement.

« Ce traitement à l'argent à l'échelle nanométrique change la donne », a déclaré le Dr Emily Carter, experte en science des matériaux au MIT qui n'a pas participé à l'étude. « Il fournit une solution pratique au problème de la fissuration qui a entravé le développement des batteries à semi-conducteurs pendant des années. »

Les chercheurs s'efforcent maintenant d'optimiser le processus de revêtement d'argent et de tester les performances à long terme des batteries à semi-conducteurs intégrant cette technologie. Ils étudient également l'utilisation d'autres métaux, tels que le cuivre et l'aluminium, comme alternatives potentielles à l'argent.

Le développement des batteries à semi-conducteurs est étroitement lié aux progrès de l'intelligence artificielle et de la science des matériaux. Les algorithmes d'IA sont utilisés pour analyser de vastes ensembles de données sur les propriétés des matériaux et pour prédire les performances de différentes compositions d'électrolytes. Des modèles d'apprentissage automatique sont également utilisés pour optimiser la conception des batteries à semi-conducteurs et pour améliorer leurs processus de fabrication.

Les implications de cette percée vont au-delà du domaine de la technologie. L'adoption généralisée des batteries à semi-conducteurs pourrait accélérer la transition vers les véhicules électriques, réduisant ainsi les émissions de gaz à effet de serre et améliorant la qualité de l'air. Elle pourrait également permettre le développement de nouvelles solutions de stockage d'énergie pour les sources d'énergie renouvelables, telles que l'énergie solaire et éolienne, les rendant plus fiables et abordables. Les prochaines étapes consistent à augmenter la production de ces batteries à semi-conducteurs revêtues d'argent et à effectuer des tests rigoureux pour garantir leur fiabilité et leurs performances à long terme dans des conditions réelles.