Ces briques peuvent stocker de l’énergie

Ce n’est un secret pour personne : l’énergie est une problématique absolument centrale de notre avenir. Production, stockage, utilisation… tous ses aspects font aujourd’hui l’objet de nombreuses recherches, qui permettront d’assurer l’approvisionnement pendant les décennies à venir. Et pour mettre le doigt sur la technologie qui révolutionnera notre futur énergétique, tous les moyens sont bons… y compris stocker de l’énergie dans des briques! Si cette idée pourrait sembler saugrenue, il n’en est rien : une équipe de l’université Washington à St. Louis est même parvenue à proposer une preuve de concept dans cette étude. Ils ont produit plusieurs prototypes de briques rechargeables en moins qu’un quart d’heure, et d’encaisser plus de 10.000 cycles de charge-décharge. Avec 50 de ces briques, il ont alimenté l’équivalent d’une lampe de bureau LED pendant près d’une heure.

Pour arriver à ce petit exploit, les chercheurs sont d’abord partis de l’hématite, un oxyde de fer particulièrement peu cher, et utilisé en abondance dans des catalyseurs, des aimants, divers alliages… et aussi dans des supercondensateurs. C’est ce constat qui a mis la puce à l’oreille de l’équipe, qui s’est mise à chercher un substrat naturellement riche en hématite. La réponse s’est vite imposée, puisqu’elle est présente en quantité dans des simples briques à moins d’un euro pièce.

Le PEDOT, clé de voûte du concept

Ils se sont ensuite servis de la structure des briques : à l’échelle microscopique, c’est un matériau très poreux, comme on le voit sur le cliché de microscope électrnique à balayage ci-dessous. Toutes ces petites aspérités à la surface des briques servent de point d’ancrage à un produit vaporisé sur la brique, nommé EDOT. Une fois en contact avec l’hématite, l’EDOT va polymériser, c’est à dire que les molécules d’EDOT vont s’assembler pour former un autre composé : le PEDOT.

A gauche, la structure poreuse des briques vue au microscope. A droite, la couche de PEDOT. © D’Arcy Lab – Washington University in St. LouisIl est capable de conduire et de stocker une charge électrique ! Une brique recouverte de cette substance peut donc se comporter comme une petite batterie… Ou plutôt comme un supercondensateur, pour être précis. Si la vue d’une LED alimentée par une vulgaire brique est saisissante, ce concept est encore loin d’être utilisable en l’état. Certes, il serait possible d’en multiplier le nombre, mais cela signifie également multiplier les quantités de PEDOT, un nanomatériau bien plus cher que la brique en elle-même. Surtout qu’à l’heure actuelle, les supercondensateurs coûtent encore très cher et disposent de capacité plus faible que les batteries. En l’état, il s’agit donc surtout d’une preuve de concept.

Une foule d’applications potentielles

Cela ne veut pas dire qu’il s’agit d’une fausse bonne idée. Même s’il paraît difficilement concevable d’alimenter un four ou un radiateur avec ce procédé, il est tout à fait envisageable de faire fonctionner de petits appareils comme des détecteurs de fumée. Mais surtout, c’est un procédé tout neuf qui ne demande qu’à être amélioré; d’après Julio D’Arcy, qui dirige le laboratoire à l’origine du projet, il existe même déjà des pistes pour en améliorer le rendement et la capacité.

Et c’est un point crucial, car avec une capacité supérieure ne serait-ce que d’un seul ordre de grandeur, ces briques pourraient emmagasiner autant d’énergie qu’une batterie au lithium classique ! Pas besoin de vous faire un dessin : avec un matériau aussi peu cher et abondant que l’hématite, cela représenterait un changement radical dans une filière très destructrice pour l’environnement. Ajoutez à cela le fait que les supercondensateurs sont par nature beaucoup plus sûrs, plus fiables, et bien plus rapides à la charge et à la décharge que les batteries standard, et vous obtenez une solution potentiellement révolutionnaire !

La cerise sur le gâteau, c’est que les applications potentielles dépassent même le milieu de l’énergie. Comme vous avez pu le constater sur les photos ci-dessus, le PEDOT polymérisé ainsi prend la forme d’un maillage très étroit et très intriqué. En sciences des matériaux, cela signifie généralement que le matériau en question dispose d’un certain pouvoir filtrant. Cette généralité se vérifie pour le PEDOT, avec plusieurs études (dont celle-ci) qui ont déjà exploré et documenté sa capacité à filtrer l’eau. On pourrait donc imaginer un prototype d’habitation du futur écologique et performant, basé sur ces nouveaux matériaux. Un bâtiment entièrement imprimé en 3D à partir d’un composite d’hématite recouvert de PEDOT, capable de stocker le courant issu de panneaux solaires dans un premier mur, tout en filtrant son eau dans un second, et le tout sans la moindre batterie au lithium… What a time to be alive !

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