Publié le 29 octobre 2025 17h06:00. Des chercheurs de Penn State ont mis au point une nouvelle conception d’électrodes pour batteries qui pourrait considérablement augmenter leur autonomie, notamment pour les véhicules électriques et l’électronique portable. Cette innovation permet d’améliorer à la fois la capacité de charge et la résistance mécanique des batteries.
- Une nouvelle architecture d’électrodes permet d’augmenter la densité énergétique des batteries jusqu’à 500 wattheures par kilogramme (Wh/kg) au niveau cellulaire.
- Cette technologie permet de créer des électrodes plus épaisses et plus denses sans compromettre leur performance, un défi majeur dans le domaine des batteries.
- L’équipe de recherche a intégré des « réservoirs » de charge à l’intérieur des électrodes pour faciliter le déplacement des ions et optimiser l’efficacité.
La performance des batteries repose en grande partie sur l’efficacité de leurs électrodes, véritables conducteurs d’électricité. Une équipe de l’université Penn State a franchi une étape importante en développant une nouvelle approche pour concevoir ces composants essentiels. Leur travail, publié dans la revue Communications Nature, pourrait avoir des implications majeures pour l’avenir des batteries utilisées dans les appareils électroniques et les véhicules électriques.
Traditionnellement, les matériaux actifs – ceux qui stockent réellement l’énergie – ne représentent qu’une fraction (30 à 50 %) du volume total des cellules de batterie commerciales. Augmenter l’épaisseur des électrodes semble une solution évidente pour intégrer davantage de matière active, mais cette approche se heurte à un obstacle : une structure trop dense entrave le mouvement des charges électriques, réduisant ainsi les performances. À l’inverse, une structure trop poreuse, nécessaire pour faciliter le transport des charges, diminue la quantité de matière active et donc la capacité globale de la batterie.
Pour résoudre ce dilemme, l’équipe dirigée par le professeur Hongtao Sun a conçu des structures internes synthétiques au sein des électrodes. Ces structures agissent comme des « réservoirs » pour les charges, permettant un déplacement rapide et efficace à travers le matériau.
« En créant un réseau tridimensionnel de limites synthétiques dans nos électrodes, nous pouvons augmenter la production d’énergie tout en augmentant simultanément la densité et l’épaisseur, surmontant ainsi une limitation des électrodes commerciales actuelles »
Hongtao Sun, professeur adjoint de génie industriel et manufacturier (IME)
Grâce à cette innovation, les électrodes peuvent être fabriquées cinq à dix fois plus épaisses et deux fois plus denses que les modèles conventionnels, augmentant considérablement la densité énergétique. Les batteries ainsi produites ont démontré une densité d’énergie potentielle supérieure à 500 Wh/kg au niveau cellulaire, ce qui pourrait permettre aux véhicules électriques d’atteindre une autonomie bien plus importante avec une seule charge.
Selon le professeur Sun, cette stratégie permet d’atteindre un équilibre optimal entre le poids, l’épaisseur, le volume et la capacité de la batterie, offrant des performances supérieures à celles des électrodes actuellement disponibles sur le marché.
Le professeur Sun est également affilié au génie biomédical, à la science et à l’ingénierie des matériaux, ainsi qu’au Materials Research Institute de Penn State.
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