Des chercheurs du MIT et des ingénieurs allemands ont créé de nouvelles batteries à l'état solide avec un électrolyte cristallisé.

Deux priorités guident l'innovation dans le domaine des batteries pour le monde de la voiture électrique: la performance et le prix. Le marché est avide de produits de plus en plus performants, mais aussi de batteries peu coûteuses pour permettre aux constructeurs de mettre sur le marché les voitures électriques économiques tant attendues.

Les batteries lithium-ion s'améliorent sur les deux fronts, atteignant des densités d'énergie toujours plus élevées et réduisant les coûts de production, mais le département de l'Énergie des États-Unis est convaincu que d'autres technologies sont nécessaires pour faire un bond définitif dans l'avenir. C'est là qu'interviennent les chercheurs du MIT et de l'université de Munich.

Batteries lithium-ion : mieux comprendre ce que c'est

Les batteries lithium-ion présentent, comme toutes les technologies, des avantages et des inconvénients. Le lithium est connu comme étant le métal le moins lourd pouvant être extrait sur la planète Terre. Cette seule question de masse e fait un matériau incontournable aujourd'hui : il présente un grand avantage par rapport à d'autres éléments. Les batteries lithium-ion affichent par ailleurs une densité énergétique globalement supérieure à celle des autres types de batteries, permettant ainsi la fabrication des batteries plus compactes, et ainsi, plus légèress. Un argument de choc pour l'industrie automobile, dont l'une des plus grandes préoccupations actuelles est, en plus de l'efficience, la chasse au poids et l'utilisation de moins de matériaux. Pour ne rien gâcher, les batteries lithium-ion se rechargent plutôt rapidement, raison pour laquelle elles se sont standardisées dans de nombreux domaines, comme l'informatique et la téléphonie, et donc bien au-delà du monde de l'automobile.

Ces batteries batteries lithium-ion présentent néanmoins quelques inconvénients, et c'est bien sûr ce qui encourage la recherche à être toujours plus poussée dans le domaine. Pour commencer, elles ont une durée de vie limitée et ont tendance à perdre en performance au fur et à mesure de leur utilisation : important lorsqu'il est question de donner une durée de vie performante à une automobile. Cette durée de vie inconstante est la raison pour laquelle il est devenu important pour les constructeurs automobiles de proposer une garantie relativement longue sur leurs produits, de cinq à huit ans (ou un certain nombre de kilomètres équivalents à une certaine fréquence de recharges) pour ce qui est régulièrement observé. 

L'électrolyte liquide devient solide

Jennifer Rupp, du Massachusetts Institute of Technology, a dirigé une équipe de scientifiques, qui a souhaité aller bien au-delà de ce qui se fait actuellement. Il a fait appel à des ingénieurs allemands de l'université technique de Munich et a mis au point un nouveau type de batterie qui utilise des cellules à électrolyte solide et des anodes en lithium métal au lieu des habituelles anodes en graphite.

La véritable innovation de cette nouvelle batterie réside dans le fait que l'électrolyte solide n'est pas le type traditionnel de céramique, mais est dérivé d'un liquide contenant de l'oxyde de lithium cristallisé grâce à un nouveau processus de synthèse.

Processus de cristallisation de l'électrolyte

Les avantages de la nouvelle méthode de production

Tout cela est bien beau, mais qu'apporterait de si particulier une telle technologie par rapport à nos "bonnes vieilles" batteries lithium-ion ? Selon la revue Angewandte Chemie, qui a couvert en profondeur l'étude menée par Rupp, la création d'un électrolyte solide par cristallisation des ions lithium permet de produire des batteries performantes à moindre coût, tout en garantissant des accumulateurs plus sûrs.

En effet, ils ne sont pas sujets à la formation de dendrites et ne contiennent pas d'éléments inflammables. Les résultats ont suscité l'intérêt de la National Science Foundation américaine, qui a décidé de financer le développement de ces nouvelles méthodes de production par l'intermédiaire du National Nanotechnology Coordinated Infrastructure Network, qui utilise un réseau de 16 laboratoires interconnectés pour accélérer le développement de nouvelles technologies.

Bref, grâce aux travaux du MIT et de l'université de Munich, l'avènement des batteries à l'état solide pourraient bien se rapprocher un peu plus et arriver de manière avancée jusqu'aux chaînes de production automobile.