Un livre souvent feuilleté s'en souvient : certaines pages restent bien à plat, d'autres gondolent. C'est un peu ce qui arrive aux matériaux en couches lorsque des ions s'y insèrent. Des scientifiques ont pris du MXene, un matériau composé de couches de carbure de titane d'un atome d'épaisseur, et ont suivi son évolution lors de la charge et de la décharge.

Ils ont construit un microscope qui suit la réflexion de la lumière sur chaque flocon. Lorsque les ions s'inséraient entre les couches, le flocon se dilatait légèrement et la lumière réfléchie changeait d'intensité. Cette intensité permettait de déterminer le nombre de couches du flocon et la façon dont il respirait.

Il s'est avéré que les couches individuelles sont presque parfaitement réversibles : lorsque la vitesse de charge est multipliée par dix, leur réponse ne chute que de 2 %. En revanche, pour les piles de six couches ou plus, la chute atteint 36 %. Dans une pile épaisse, les ions doivent se frayer un chemin entre les feuilles, comme l'eau à travers des pages pressées les unes contre les autres.

Des cycles répétés ont divisé les flocons en trois types. Les monocouches restaient stables. Les multicouches agglutinées de manière désordonnée accumulaient la déformation et perdaient leur réversibilité, comme des pages qui ne se referment plus. Quant aux multicouches à l'empilement régulier, elles formaient des plis qui apparaissaient à la charge et disparaissaient à la décharge.

On comprend maintenant pourquoi les électrodes en MXene se comportent de manière instable lors des premiers cycles : elles passent par une réorganisation, comme un livre qui cherche une position confortable. Cette méthode aidera à vérifier la qualité des batteries et des supercondensateurs, et la compréhension de l'empilement permettra de créer des matériaux qui savent d'emblée comment on les feuilletera.