Découverte fortuite à la Dalhousie University : prolonger la vie des piles en remplaçant le ruban adhésif responsable de l’autodécharge

Cela se produit trop souvent : vous branchez votre ordinateur portable, puis quittez la pièce pour vous rendre compte à votre retour, des heures ou des jours plus tard, que la pile s’est déchargée même si l’appareil n’a pas été utilisé.

Ce phénomène — l’autodécharge — exaspère utilisateurs et entreprises, et déconcerte les fabricants qui tentent de déterminer pourquoi les piles au lithium-ion perdent leur charge avec le temps.

Un chercheur de la Dalhousie University a trouvé un coupable étonnamment anodin, dont le remplacement pourrait régler un problème qui afflige l’industrie depuis longtemps.

 Les piles commerciales contiennent du ruban adhésif — semblable à du ruban Scotch — pour maintenir les électrodes ensemble, et la décomposition chimique de ce ruban produit une molécule qui provoque l’autodécharge , d’expliquer Michael Metzger,  professeur adjoint et titulaire de la chaire Herzberg-Dahn au  département de physique et de sciences atmosphériques.

 Dans notre laboratoire, nous réalisons une foule d’expériences très complexes pour améliorer les piles, mais cette fois-ci, nous avons découvert une chose très simple, vraiment très simple — ce composant se trouve dans toutes les bouteilles en plastique et personne n’aurait pu croire qu’il a un tel impact sur la dégradation des piles au lithium-ion. 

Une découverte fortuite

Le professeur Metzger et ses collègues essayaient de comprendre pourquoi les piles au lithium-ion se déchargent d’elles-mêmes. Dans le cadre de leur recherche, ils ont ouvert plusieurs piles après les avoir exposées à des températures différentes.

Les chercheurs ont été stupéfaits de constater que la solution électrolytique dans la pile était d’un rouge vif, ce qu'ils n'avaient jamais observé auparavant.

Ils ont entrepris d’en cerner la cause en plaçant des piles contenant une solution électrolytique courante dans des fours chauffés à quatre températures différentes. À 25 °C, la solution est restée claire, tandis qu’elle est devenue brun clair à 55 °C et rouge vif à la plus haute température, soit 70 °C. Les chercheurs ont ensuite effectué une analyse chimique et examiné la composition de l’électrolyte.

C’est alors qu’ils ont constaté que le polyéthylène téréphtalate (ou PET) contenu dans le ruban adhésif se décomposait et produisait une molécule provoquant l’autodécharge. Celle-ci est appelée « navette redox » parce qu’elle peut se déplacer vers l’électrode positive, puis revenir vers la négative et ainsi de suite. Elle fait donc la navette entre les électrodes, comme est censé le faire le lithium, entraînant l’autodécharge de la pile. Le problème découle du fait que la molécule navette se déplace en arrière-plan sans arrêt, même lorsqu’il n’y a aucun déplacement de lithium parce que la pile est inactive.

 C’est une découverte inattendue parce que personne ne porte attention à ces éléments inactifs, aux rubans adhésifs et aux feuilles de plastique dans la pile, mais il faut vraiment en tenir compte si on veut limiter les réactions parallèles à l’intérieur de la pile , explique le professeur Metzger au sujet du ruban adhésif fait de PET, un matériau plastique solide et léger des plus répandus dans les emballages et les bouteilles de boissons gazeuses.

Utilité commerciale

L’équipe de recherche présente ses constatations dans deux nouveaux articles qui ont attiré l’attention de géants de l’industrie qui cherchent à améliorer le rendement de leurs piles.

Le professeur Metzger a visité récemment une entreprise aux États-Unis pour laquelle la fiabilité et la durabilité des piles sont primordiales. Sa découverte lui a donc valu des questions sur le ruban adhésif problématique.

 L’autodécharge est un aspect très important pour cette entreprise , de souligner le chercheur.  L’un des ingénieurs m’a dit : “J’ai entendu dire que vous aviez découvert un problème avec le ruban adhésif à base de PET”. Je lui ai donc expliqué ce qui occasionne l’autodécharge et je lui ai demandé ce qu’ils utilisaient dans leurs piles. Il m’a répondu que c’était du ruban à base de PET. 

Cette information laisse croire que la solution pourrait tenir au remplacement du ruban adhésif à base de PET par un matériau plus stable qui ne se dégraderait pas.

 Il s’agit d’une découverte qui a une utilité commerciale. C’est une petite chose, mais qui peut certainement améliorer la durée de vie des piles , conclut le professeur Metzger.

Le présent article a été adapté et republié avec l’autorisation de la  Dalhousie University.

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