Le développement des téléphones, ordinateurs portables et autres camescopes, et leur miniaturisation croissante requièrent l'utilisation de sources d'énergie de plus en plus petites et performanntes. L'article français le plus cité en chimie sur la période, au dixième rang, laisse entrevoir une solution de nouveaux accumulateurs à base d'oxyde de manganèse et de lithium.
Il résulte d'un travail de plus de deux ans, regroupant un très grand nombre d'expériences, réalisées principalement par Alexandra Blyr, qui a soutenu l'année de sa parution une thèse à l'université de Picardie.
Les piles rechargeables à ions lithium disponibles dans le commerce sont performantes, mais contiennent du cobalt, coûteux et toxique. Parmi les autres solutions, les fabricants d'accumulateurs souhaitent utiliser un oxyde de manganèse et de lithium, qui n'a pas ces inconvénients. Ces accumulateurs ont été étudiés depuis 1994. Les électrodes positive (oxyde de manganèse et de lithium) et négative (carbone) sont dispersées dans une matrice plastique et sont séparées par une membrane plastique chargée d'électrolyte (le milieu qui permet les échanges d'ions). Cependant, si les caractéristiques de ces piles sont excellentes à température ambiante, elles sont mauvaises à 55 oC. Or, les utilisateurs exigent un bon fonctionnement jusqu'à 60oC, voire 80oC.
Les problèmes à 55oC proviennent-ils de l'électrode positive ou de l'électrode négative? Pour le savoir, l'équipe d'Amiens, dirigée par Jean-Marie Tarascon, a mesuré la réponse de chaque électrode lors de l'envoi d'un petit courant électrique. Elle a ainsi observé que l'électrode positive présente, après quelques cycles, une grande résistance électrique, signe d'une dégradation. L'examen au microscope électronique confirme la présence de manganèse sur l'électrode au carbone: l'électrode contenant du manganèse s'est donc partiellement dissoute.
Les auteurs de l'article ne se contentent pas d'expliquer les raisons de la baisse de performance à haute température: ils proposent un protocole expérimental permettant de caractériser tous les types d'accumulateurs. «Nous plaçons plusieurs électrodes en différents endroits de l'accumulateur et nous pouvons ainsi déterminer quelle électode ou interface est responsable de la baisse de performance explique Jean-Marie Tarascon. Nons faisons en quelque sorte l'électrocardiogramnie de l'accumulateur.»
«Pour améliorer les performances de ces accumulateurs, nous avons décrit différentes méthodes dans des articles ultérieurs, ajoute-t-il. Pour éviter la dégradation de l'électrode, il faut empêcher son contact direct avec l'électrolyte. Nous avons mis au point des méthodes d'enrobage, par des dépôts très fins de matériaux qui bloquent le passage des électrons, mais pas celui des ions.» Ces techniques ont fait l'objet de brevets, tout comme la conception de ces accumulateurs, dès 1994. Un travail de longue haleine donc, et qui s'est accompagné du développement d'un réseau de collaborations: tous les auteurs, sauf un, sont des étudiants ou d'anciens étudiants de J.-M. Tarascon, répartis aujourd'hui à Amiens, bien sûr, mais aussi à Grenoble, à Nantes et au Bellcore Red Bank dans le New Jersey, aux Etats-Unis, où il dirigeait le groupe de stockage de l'énergie au début des années 1990.