L'industrie tente de réduire le coût des batteries lithium-ion de plusieurs façons. L'une d'entre elles est la possibilité de construire des batteries avec des quantités toujours plus faibles de terres rares et de métaux précieux. Facile à dire, difficile à faire.
Mais une équipe de chercheurs de l'Institut de recherche sur les matériaux de l'université de Tohoku, dirigée par le professeur Tetsu Ichitsubo, a adopté une méthode innovante qui pourrait apporter des avantages considérables à cet égard.
La structure cristalline
L'étude des chercheurs japonais part du constat que les matériaux utilisés dans la production des batteries lithium-ion, et en particulier les électrodes, doivent former une structure cristalline compatible avec le passage des électrons d'un pôle à l'autre de la cellule.
La composition chimique de cette structure peut être modifiée par l'ajout de métaux et de matières premières de différentes natures afin de réduire les coûts de production. Jusqu'à présent, cependant, le pourcentage autorisé de ces matériaux de "remplissage" était assez faible, et dépasser certaines valeurs aurait compromis la structure cristalline et, par conséquent, les performances.
Le secret réside dans le hasard
C'est là qu'interviennent les scientifiques de l'équipe du professeur Ichitsubo, qui cherchent un moyen d'augmenter le rapport entre les matériaux "nobles" et les matériaux bon marché. Ils ont trouvé ce résultat en exploitant l'entropie configurationnelle des matériaux, qui est la propriété qu'ont divers matériaux de s'agencer de manière aléatoire dans l'espace. Ils ont ainsi pu créer une nouvelle poudre contenant une plus grande proportion de métaux bon marché en réduisant considérablement l'utilisation du cobalt et du nickel.
"Notre approche ouvre la possibilité d'utiliser des matériaux qui n'ont pas encore été adoptés à l'heure actuelle, et permettra d'optimiser la structure des électrodes grâce à une utilisation plus intensive de matériaux bon marché et faciles à trouver, qui n'interfèrent pas avec la structure cristalline nécessaire au bon fonctionnement des batteries", a expliqué M. Ichitsubo. Comme si cela ne suffisait pas, les nouveaux matériaux utilisés permettront également de créer des batteries plus sûres en augmentant la stabilisation de l'anode.
L'étude de l'équipe japonaise, qui n'en est encore qu'à un stade préliminaire, vise maintenant à parvenir à la production à grande échelle de cellules capables de garantir les mêmes performances et la même durabilité que les batteries traditionnelles en développant de nouvelles formules chimiques.
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