D'autres fois ici sur FuturoProssimo dont nous avons parlé batterie et des innovations prometteuses liées au domaine de l'énergie portable. Les problèmes que la recherche scientifique doit surmonter sont liés à la durabilité des batteries, à la puissance fournie, à leur élimination et, certainement, à leur stabilité lorsqu'elles sont exposées à des températures extrêmes.
Des chercheurs de l'Université de Californie à San Diego ont peut-être trouvé la solution à ce dernier problème : les batteries lithium-ion haute densité qui fonctionne bien dans les températures glaciales et chaudes, mais ne renonce pas à de bonnes performances (en effet).
Les résultats obtenus à partir des batteries
Lors des tests, les batteries de test ils ont conservé respectivement 87,5% et 115,9% de leur capacité énergétique à -40°C et +50°C. De plus, à ces températures, ils ont enregistré une efficacité coulombienne élevée, 98,2 % et 98,7 % respectivement, ce qui signifie que les batteries peuvent être soumises à plusieurs cycles de charge avant de cesser de fonctionner. Zheng Chen, professeur de nano-ingénierie à la Jacobs School of Engineering de l'UC San Diego et auteur principal de l'étude (que je vous mets en lien ici) a expliqué :
L'efficacité à haute température est nécessaire dans les zones où les températures ambiantes peuvent atteindre plus de 40 à 50°C et où les rues sont encore plus chaudes. Dans les véhicules électriques, les batteries sont généralement situées sous le plancher, à proximité de l’asphalte chaud.
Chen a ensuite ajouté que "les batteries chauffent même juste au passage du courant pendant le fonctionnement normal. Si les batteries ne sont pas capables de supporter cet échauffement à haute température, leurs performances s'en trouvent rapidement réduites ».
La chimie des nouvelles batteries haute densité
Les batteries haute densité développées par Chen et ses collègues tolèrent à la fois le froid et la chaleur grâce à leur électrolyte. Il s’agit en fait d’une solution liquide d’éther dibutylique mélangée à un sel de lithium. Une caractéristique particulière du dibutyléther est que ses molécules se lient faiblement aux ions lithium. En d’autres termes, les molécules d’électrolyte peuvent facilement libérer les ions lithium pendant le fonctionnement de la batterie.
Cette faible interaction moléculaire, ont découvert les chercheurs dans une étude précédente, améliore les performances de la batterie à des températures inférieures à zéro. De plus, l'éther dibutylique supporte facilement la chaleur car il reste liquide à haute température (il a un point d'ébullition de 141°C).
Une autre particularité de cet électrolyte ? Il est compatible avec les batteries au lithium-soufre, un type de batterie rechargeable avec une anode au lithium-métal et une cathode au soufre. Les batteries au lithium-soufre sont un élément essentiel des technologies de nouvelle génération car elles promettent des densités d'énergie plus élevées et des coûts réduits. Boîte stocker jusqu'à deux fois plus d'énergie par kilogramme par rapport aux batteries lithium-ion actuelles : cela pourrait doubler l’autonomie des véhicules électriques sans augmenter le poids de la batterie. De plus, le soufre est plus abondant et moins problématique à approvisionner que le cobalt utilisé dans les cathodes des batteries lithium-ion traditionnelles.
Fantastique! Mais il y a un MAIS...
Cependant, les batteries lithium-soufre présentent des problèmes. La cathode et l'anode sont super réactives. Les cathodes de soufre sont si réactives qu'elles se dissolvent pendant le fonctionnement sur batterie. Ce problème s'aggrave à des températures élevées. De plus, les anodes lithium-métal sont sujettes à la formation de structures en forme d'aiguilles appelées dendrites qui peuvent percer certaines parties de la batterie, provoquant un court-circuit. En conséquence, les batteries lithium-soufre ne durent que des dizaines de cycles.
Nouvelles batteries haute densité : les perspectives
En résumé, ces batteries à haute densité pourraient permettre aux véhicules électriques dans les climats froids de voyager plus longtemps avec une seule charge ; ils pourraient également réduire le besoin de systèmes de refroidissement pour empêcher les blocs-batteries des véhicules de surchauffer dans les climats chauds.
Nous verrons si cette technologie trouvera sa place dans ce qui devient une véritable course à la création d'une batterie capable de révolutionner le monde des véhicules électriques. Chaque recherche publiée représente certainement une étape importante vers la transition vers l'électrique et, nous l'espérons, vers une plus grande durabilité.
