Transcend the energy storage limits

Alors, nombreux d'entre vous m'ont récemment demandé ce que je faisais à UCLA (University of California of Los Angeles), m'interrogeant sur la thématique et la finalité de l'étude de recherche que j'exerce (enfin, dans le cas où la thématique fut plus ou moins bien assimilée, des questions sur la finalité ont été émises).
De ce fait, je qualifierai ce post de "post science", ainsi, si vous vous attendez à voir de magnifiques panoramas, d'ineffables plages ou encore de récits exotiques... et bien vous arpentez une bien délicate pente, sachez-le. Néanmoins, l'idéal serait de faire le vide en vous, de prendre une profonde inspiration, de se dire que ce n'est qu'un agréable moment à passer et qui c'est? (c'est tout à votre honneur que de poser de telles questions) Je vais tenter de décrire mes travaux de recherche d'une façon la plus souple possible et d'une manière plus matérialiste. Bonne lecture...
Tout bonne entreprise qui se respecte doit faire face à la concurrence, produire, vendre, voir innover. Le monde de la recherche n'échappe pas à cette règle, et travaille en étroite collaboration avec le monde de l'industrie. Un secteur porteur et développé dans mon groupe actuel (Material Science & Engineering) est celui des batteries, et plus précisément les micro-batteries en vue d'une adaptation dans les systèmes électroniques: ordinateurs, portables cellulaires etc.
Face à la demande du marché, vous l'aurez donc compris, mon objectif est de développer des batteries présentant des propriétés spécifiques améliorées: on parlera de densité énergétique, de vitesse de transfert, mais laissons ces notions de côté, propre au jargon des physiciens. Dans mon cadre de recherche, je me suis focalisé sur 2 points peu développés amenant à une augmentation considérable des propriétés premières. Un point orienté chimie, un second plus de design, on parlera alors de dimensionnalité.
Auparavant, vous en doutez, et vous n'y échapperez pas! Petit briefing sur la notion de batterie: de quoi est composé une batterie et grossièrement comment ça marche? Généralement, une batterie est composée de 2 électrodes Anode et Cathode séparées par une phase solide ou liquide appelée électrolyte. Le rôle essentiel de ce dernier est de conduire les ions d'une électrode à une autre, et de façon réversible, on parlera alors de charge et de discharge, critère indispensable dans la notion de batterie, la différenciant d'un simple accumulateur = pile. A l'anode est observée un phénomène d'oxydation avec libération d'électrons, ces derniers circulent dans le circuit intégré approprié. Par conséquent, à la cathode est observée le phénomène de réduction avec consommation des électrons, et les ions en général lithium transitent de l'anode vers la surface cathodique. C'est le phénomène de discharge. En forçant, les ions à revenir à l'anode, de ce fait la réversibilité du système est un critère essentiel, on charge la batterie, celle-ci est à nouveau opérationnelle.
Les balbutiements étant intégrés, place à la Science! Le premier challenge de mon travail est d'adapter des produits chimiques (inorganiques) dans l'utilisation de batterie. En effet, il faut savoir que, pour augmenter les capacités d'une batterie nombreux paramètres peuvent être ajustés: nature des électrodes (ainsi des réactions d'oxydo-réduction), nature de l'électrolyte (jouant sur les vitesses de transfert et donc minimisation des pertes d'échange), ou encore nature des dérivés chimiques dissouts dans l'électrolyte. Je vous laisse de côté, des notions abstraites liées à la chimie, mais sachez simplement que plus le composé utilisé dans les batteries est léger (poids moléculaire), plus la densité énergétique est grande. Également, plus il y a d'électrons mis en jeu, et plus la densité est importante. Ainsi, les dérivés à base de soufre: polysulfide sont de prometteurs candidats.
Sachez maintenant que, en général, les batteries sont des systèmes plans: électrode-electrolyte-electrode, autant dire un système 2D (2 dimensions). Maintenant, si vous voulez augmentez les vitesses d'échange, vous pouvez jouer sur le caractère dimensionnel, c'est-à-dire la morphologie des électrodes (de la batterie à vrai dire) en augmentant les surfaces d'échange, les surfaces spécifiques. Un moyen simple, réalisé dans le groupe, pour parvenir à ces fins, est de visualiser non pas la batterie en 2 dimensions, mais de se la vigurer en 3D. Ainsi, au lieu d'avoir des échanges uniquement à la surface d'une plaque métallique (2D), ces derniers seront améliorés, amplifiés. L'un des systèmes le plus développé, est de construire des électrodes en bâtonnets (on parle de skyscrapers) avec un certain diamètre, hauteur et densité des plots. Ces derniers sont imprégnés dans un électrolyte et les échanges en sont grandement accrus.
Pour les lecteurs indisciplinés, les bavards du fond de la classe, sachez que vous devez ce post à Alexandre (bisous le couz) et tonton Bizu (bisous le gros)... enfin je sens que les prochaines questions seront plus cotons...