Les batteries sont livrées avec trois parties spécifiques, dont l’une est l’anode. C’est dans cette zone que se forment les électrons qui alimentent les appareils électriques. Depuis 2011, les anodes en graphite sont les plus couramment utilisées dans les batteries au lithium. Une anode en silicium a la capacité théorique de produire jusqu’à 10 fois la quantité d’énergie d’une anode en graphite traditionnelle. Un problème majeur est que l’anode en silicium se décompose facilement, réduisant la quantité d’énergie générée et rendant la batterie instable ; c’est pourquoi l’anode de silicium n’a pas été couramment utilisée.
Chaque batterie, de la petite AA aux grosses batteries génératrices, comporte trois parties : la cathode, l’électrolyte et l’anode. L’anode est chargée négativement et c’est là que les électrons s’accumulent. Comme le dicte la nature, les électrons sont obligés de voyager vers une charge positive, qui est produite par la cathode. La couche d’électrolyte empêche les électrons d’entrer directement dans la cathode et, à la place, force l’énergie à se déplacer à travers l’appareil électrique, en allumant l’appareil et en le faisant fonctionner, avant de s’arrêter à la cathode. C’est ce processus qui fait fonctionner chaque batterie.
Dans les batteries au lithium, qui utilisent le lithium comme source d’alimentation principale, le graphite a été utilisé comme anode car il peut produire de grandes quantités d’énergie et est suffisamment durable pour une utilisation constante. Bien que la puissance du graphite soit élevée par rapport à celle d’autres sources, elle est limitée à la quantité de puissance que le silicium peut produire. Le silicium, lorsqu’il est combiné au lithium, peut produire jusqu’à 10 fois plus d’énergie, ce qui permettrait aux appareils portables et aux voitures électriques de fonctionner plus longtemps sans avoir à changer ou recharger la batterie.
Le problème avec l’utilisation d’une anode en silicium est que le silicium a une faible durabilité. Lorsque les électrons sont produits et traversent l’anode en silicium, le silicium montre des signes d’usure et de déformation. Lorsque le silicium se déforme, il est incapable de conserver une charge régulière et la quantité d’énergie se dégrade. Cela signifie que le silicium a une durée de vie beaucoup plus courte par rapport à l’anode en graphite, bien qu’il puisse conserver une charge plus élevée.
Pour contourner ce problème, les chercheurs utilisent des nanofils de silicium pour l’anode de silicium. Le nanofil est capable de supporter l’énergie sans se dégrader. Il a été démontré que ce type d’anode ne se fracture pas ou ne se brise pas, ce qui en fait une source d’énergie viable pour ces batteries.