Des ingénieurs de l’université de Cornell ont mis au point une batterie au lithium innovante qui peut être rechargée en moins de cinq minutes et qui conserve ses performances même sur des cycles de charge très longs.
Ces dernières années, l’évolution de la technologie électrique a permis de créer des batteries de grande capacité, capables de permettre à une voiture électrique d’atteindre une autonomie de plus de 500 kilomètres sur route. Ces chiffres devraient permettre aux conducteurs d’oublier la fameuse angoisse de l’autonomie qui a toujours été le grand handicap de cette technologie (outre le prix des véhicules). Or, ce n’est pas le cas.
Les grandes batteries s’accompagnent de temps de charge plus longs et, pour l’instant, l’infrastructure de charge existante n’a pas été en mesure de résoudre ce problème. Mais cela ne saurait tarder. Avec le temps, les chargeurs deviendront plus puissants et plus nombreux et il sera possible de recharger une voiture en à peu près le temps qu’il faut aujourd’hui pour faire le plein d’essence.
Cependant, ces recharges puissantes posent un autre problème : la dégradation des batteries. Des chercheurs de Cornell, aux États-Unis, ont cherché une solution pour pallier ces trois inconvénients.
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De nombreuses recherches sont consacrées à la mise au point de batteries au lithium plus performantes que les batteries actuelles en éliminant ces trois problèmes tout en étant économiquement viables. La combinaison d’une charge ultra-rapide et d’une dégradation minimale améliore le confort de l’utilisateur et rend les véhicules électriques plus attrayants et compétitifs sur le marché.
Les batteries au lithium sont légères, fiables et relativement économes en énergie, mais leur principal inconvénient réside dans la vitesse de charge, car elles sont limitées dans leur capacité à gérer des pics de courant importants.
Dans ce schéma, les chercheurs ont mis en évidence l’indium comme un matériau prometteur pour le développement de batteries à charge rapide. Ce métal, connu pour sa nature douce, est couramment utilisé dans la fabrication de revêtements d’oxyde d’indium-étain, principalement utilisés dans les écrans tactiles et les panneaux solaires.
«Nous avons identifié une solution pour surmonter cet obstacle grâce à l’utilisation d’électrodes rationnelles», a déclaré Lynden Archer, professeur d’ingénierie, doyen du College of Engineering de Cornell et directeur du projet, dans un communiqué.
Il présente deux caractéristiques qui augmentent son potentiel d’utilisation en tant qu’anode de batterie : une barrière énergétique de migration extrêmement faible, qui détermine la vitesse de diffusion des ions à l’état solide, et une densité de courant d’échange modérée, liée à la vitesse de réduction des ions à l’anode.
La combinaison de ces qualités, caractérisées par une diffusion rapide et une cinétique de réaction de surface plus lente, est essentielle pour une charge et un stockage rapides.
«La principale innovation est que nous avons identifié un principe de conception qui permet la libre mobilité des ions métalliques à l’anode d’une batterie, ce qui leur permet de trouver la bonne configuration avant de participer à la réaction de stockage de charge», explique M. Archer.
«Le résultat final est que, à chaque cycle de charge, l’électrode reste dans un état morphologique stable. C’est précisément ce qui donne à nos nouvelles batteries à charge rapide la capacité de se charger et de se décharger de manière répétée pendant des milliers de cycles», dit-il.
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«S’il est possible de charger une batterie de véhicule électrique en cinq minutes, il n’est pas nécessaire qu’elle atteigne 500 kilomètres d’autonomie, ce qui pourrait réduire le coût du véhicule», ajoute M. Archer dans l’article, qui a été publié dans la revue Joule.
Bien que les anodes d’indium ne soient pas parfaites ni nécessairement pratiques à tous égards, l’intégration de cette technologie permettrait de réduire la taille et le coût des batteries et de mettre à la disposition des acheteurs des voitures électriques plus abordables.
