Déjà, de quoi parle-t-on ? Le borophène est une fine couche de 1 atome d'épaisseur d'atomes de bore organisés en une forme allotropique. C'est la même chose pour le graphène mais avec du carbone cette fois. Théorisé en 1996, le borophène n'a été produit qu'en 2015. Pour cela, on vaporise un gaz de bore sur une surface froide en argent pur, sous un très-grand vide.

La structure cristalline de l'argent force l'arrangement des atomes de bore. En théorie, un atome se lie à 6 autres atomes, créant une structure régulière. Mais, en fonction de la surface sur laquelle on vaporise le bore, il se crée des "trous" dans la couche de borophène.

Pourquoi est-il intéressant ?

En fait, en mettant une couche de 1 atome d'épaisseur de certains éléments, on dope l'anode d'une batterie (pôle négatif). En effet, le borophène est un excellent conducteur et transporteur d'ion. Sa conductivité surpasse celle du graphène. Sa capacité spécifique théorique est également 4 à 6 fois plus élevée que le graphite (selon la forme allotropique du borophène).

Tout ce qu'il faut pour améliorer les caractéristiques de recharge des piles composants les batteries de nos appareils électroniques, mais aussi des voitures électriques à batterie. Et ainsi, pouvoir recharger en quelques minutes des batteries de grande capacité.

On pourrait même envisager de passer à des batteries au sodium plutôt que le lithium. Abondant et facilement "récoltable" (donc pas cher), le sodium est un grand atome aux déplacements "lents". Avec du borophène sur l'anode, la théorie indique que les performances seraient 1000 fois plus importantes. De quoi envisager une génération de batteries au sodium.

D'autres possibilités

Jusqu'à présent, les scientifiques se penchaient sur le graphène comme matériaux dopant. Mais, le borophène a pour lui d'être plus résistant tout en étant plus souple ! En plus de pouvoir doper une batterie, le borphène peut également stocker l'hydrogène. Il est donc ainsi un dopant des réactions catalytiques transformant de l'eau en hydrogène et oxygène. De quoi lui voir un avenir aussi dans les voitures électriques à hydrogène.

Le borophène est même un excellent support pour capturer du CO2. En fonction d'une charge électrique à laquelle il est soumis, l'élément capture ou relâche du CO2. On peut  ainsi créer des pièges à CO2 et faire une électroréduction de ce dernier.

Tout ceci peut être retrouvé dans la publication de plusieurs chercheurs de l'Université de Xiamen (Chine) ou de l'Université Nationale de Singapour. Pour les plus curieux, c'est la référence arXiv:1903.11304v2 [cond-mat.mtrl-sci].

Pas pour demain

Bon, on va doucher les espoirs les plus fous des plus optimistes, les batteries au borophène ce n'est pas pour demain, ni même après-demain sans doute. Mais, en tant que matériau prometteur, il ouvre la voie à de futurs nouveaux bonds technologiques pour les batteries.

Actuellement, la synthèse du borophène en est à ses débuts et les découvertes fourmillent littéralement. De nombreuses études et publications sont faites, dont beaucoup viennent de Chine où le véhicule électrique est poussé par l'état. L'un des premiers points à résoudre sera de résoudre le transfert du borophène de son substrat (argent, cuivre, etc.) sur l'électrode.

D'ici là on aura peut-être enfin des batteries au graphène en grande quantité ? Et des véhicules électriques à batterie moins "pachydermiques".

Illustration : DOI:10.1080/21663831.2017.1298539 (CC BY 4.0) les deux formes allotropiques β12 et χ3 du borophène