Les nouvelles applications du bois dans des produits innovateurs et plus respectueux de l’environnement surprennent encore. Des chimistes et des physiciens ont récemment trouvé la recette pour fabriquer à moindre coût une batterie aux ions de lithium plus sécuritaire et plus verte grâce… à un plasma et à un dérivé de la cellulose.
Le plasma est le quatrième état de la matière. Il se produit lorsqu’un gaz est soumis à une forte tension électrique. « Cette énergie importante peut être utilisée pour former certaines liaisons entre atomes et molécules qui seraient très difficiles à faire en chimie classique, et ainsi créer de nouveaux matériaux », souligne Jacopo Profili, physicien et chercheur qui a participé à la découverte.
Des solutions vertes pour le stockage de l’énergie existent déjà. Pour ce qui est des éléments constituants les électrodes, des chercheurs ont déjà proposé l’utilisation dans les batteries organiques classiques de produits beaucoup moins polluants issus des résidus forestiers : la carboxyméthylcellulose (CMC). Certaines batteries aux ions de lithium qui fonctionnent à l’aide d’un électrolyte à base d’eau (c.a.d. batteries aqueuses) ont été aussi développées dans quelques laboratoires autour du monde. Malheureusement, comme la CMC est soluble dans l’eau, ces deux options n’étaient pas compatibles jusqu’à aujourd’hui.
En 2020 des chercheurs de l’Université de Montréal ont trouvé la recette pour l’intégrer dans une batterie aqueuse. Tant leur procédé que leur produit ont fait l’objet d’une demande de brevet en juin 2019, puis d’une publication dans ACS Sustainable Chemistry and Engineering en février 2020.
Graphique : Agence IMPAKT Scientifik
Le principe consiste à placer une électrode conçue à l’aide de la CMC dans un appareil à l’intérieur duquel un gaz, l’hélium ou l’azote, est transformé en plasma. Quelques ppm d’une molécule organique sont diffusés à l’intérieur du gaz ionisé. Les fragments de molécules instables alors créés interagissent rapidement avec la surface de l’électrode pour y former une mince couche protectrice, de l’ordre du nanomètre. Les propriétés hydrophobes du recouvrement empêchent la dissolution de l’électrode dans une batterie aqueuse. Et même si ce revêtement repousse l’eau, il permet quand même le passage des ions de lithium pour charger et décharger la batterie.
Autre bonne nouvelle : l’équipement pour obtenir le plasma s’intègre facilement à une chaîne de production industrielle. Quant à la batterie, si sa densité d’énergie n’est pas suffisante pour des appareils mobiles ou des véhicules, elle se révèle toutefois adaptée pour stocker l’énergie d’éoliennes ou de panneaux solaires, ouvrant ainsi la voie à une plus grande production d’électricité à partir des énergies renouvelables irrégulières. En plus d’être plus respectueuse de l’environnement, cette nouvelle batterie ne risque pas de prendre feu ou d’exploser, en plus de promettre un recyclage plus simple en fin de vie.
Ont aussi participé à la découverte : Steeve Rousselot, Erica Tomassi, Elsa Briqueleur, Mickaël Dollé et Luc Stafford, de l’Université de Montréal, ainsi que David Aymé-Perrot, de l’entreprise Total.