La plupart des conducteurs de véhicules électriques s'inquiètent de plusieurs choses : la distance que la voiture peut parcourir avec une charge complète, le fonctionnement de la batterie lorsqu'il fait très froid dehors et la rapidité avec laquelle elle peut se recharger. Un nouveau document de recherche publié dans la revue Nature le 25 février montre que nous pourrions être sur le point de résoudre deux de ces problèmes à la fois.
La recherche provient d'une équipe dirigée par le professeur Zhao Qing et l'académicien Chen Jun de l'Université de Nankai, ainsi que Li Yong de l'Institut des sources d'énergie spatiales de Shanghai. Ils ont trouvé un moyen de rendre les batteries au lithium beaucoup plus puissantes. Concrètement, ils ont atteint une densité énergétique de 700 Wh/kg. Les meilleures batteries utilisées aujourd’hui dans les voitures dépassent généralement entre 250 Wh/kg et 255 Wh/kg, et les batteries à semi-conducteurs promettent environ 500 Wh/kg.
Pour comprendre pourquoi c’est important, pensez à une batterie comme à un réservoir de carburant. Si vous disposez de deux réservoirs de même poids, mais que l’un d’entre eux contient trois fois plus d’énergie, votre voiture peut rouler beaucoup plus loin sans s’arrêter. La nouvelle technologie triple presque la capacité énergétique par rapport aux normes actuelles. Cela signifie que les voitures électriques pourraient éventuellement parcourir des distances beaucoup plus longues sans avoir besoin de batteries massives et lourdes qui alourdissent le véhicule.
Le secret de cette augmentation de puissance réside dans le liquide à l’intérieur de la batterie : l’électrolyte. Les batteries utilisent un mélange de sels de lithium et de solvants carbonatés, qui dépendent des atomes d'oxygène pour aider le lithium à se déplacer. Cela fonctionne plutôt bien, mais cela présente de gros inconvénients. Les électrolytes liquides sont épais et ne se propagent pas facilement. Ils cessent également de fonctionner correctement lorsque la température baisse, ce qui explique pourquoi de nombreux véhicules électriques perdent de leur autonomie en hiver.
L'équipe chinoise a décidé d'essayer quelque chose de différent. Ils ont créé un nouveau type de liquide utilisant des solvants d’hydrocarbures fluorés. Au lieu d’utiliser de l’oxygène pour déplacer le lithium, ils ont utilisé du fluor. Ce changement rend le liquide beaucoup plus « humide », de sorte que la batterie en a moins besoin pour fonctionner. Parce que le liquide est plus fin et s’écoule mieux, il peut déplacer l’énergie beaucoup plus rapidement.
Le nouveau design fonctionne incroyablement bien par temps froid. Les batteries traditionnelles abandonnent souvent lorsqu'elles gèlent, mais les nouvelles cellules peuvent toujours fonctionner à -50°C. Même à cette température extrême, la batterie conserve une densité énergétique de près de 400 Wh/kg. C’est encore plus élevé que ce que proposent aujourd’hui la plupart des véhicules électriques haut de gamme à température ambiante.
L'équipe a expliqué qu'elle devait être très prudente dans la manière dont elle créait le nouvel électrolyte : elle devait équilibrer « l'espace » à l'intérieur du liquide afin que les atomes de lithium puissent se déplacer librement. En passant de l’oxygène au fluor, ils ont éliminé le goulot d’étranglement qui freinait les performances, permettant à la batterie d’être à la fois plus légère et plus solide.
De nombreuses entreprises se lancent dans une course à la construction de batteries à semi-conducteurs, souvent appelées le « Saint Graal » de l'industrie. Mais même ces batteries n’atteignent généralement qu’environ 400 Wh/kg. La nouvelle découverte montre que les batteries « liquides » peuvent réellement battre la technologie à semi-conducteurs si la chimie est bonne. Si cela passe du laboratoire à l’usine, cela pourrait changer la façon dont nous construisons tout, des camions de livraison aux avions.
Ces batteries pourraient alimenter des robots avancés ou même des équipements utilisés dans l’espace. À l'heure actuelle, le chiffre de 700 Wh/kg se réfère uniquement à la cellule individuelle, mais une fois ces cellules assemblées dans un système de batterie complet, les gains seront substantiels. Cette recherche montre que les batteries au lithium ont encore un potentiel inexploité et remettent en question les attentes posées par la technologie du solide.
