Ces batteries à l'état solide ont une anode... liquide

En Allemagne, de nombreux constructeurs automobiles, entreprises et universités travaillent sur les batteries à l'état solide. Mais l'Institut fédéral de recherche et d'essai des matériaux (BAM), basé à Berlin, a mis au point une méthode d'étude différente qui devrait aboutir à des batteries plus performantes et plus faciles à adopter dans les voitures et les appareils électroniques. 

En effet, les batteries qu'ils développent auront bien un électrolyte solide, mais l'anode sera liquide. C'est justement là que réside la nouveauté.

Se concentrer sur le lithium ou le sodium pur

Le problème des batteries solides est qu'il peut y avoir des irrégularités entre l'anode solide et l'électrolyte solide qui limitent la surface de contact et donc le passage des ions lithium. Les performances s'en ressentent. 

L'électrolyte liquide, on s'en doute, présente une surface de contact plus homogène. Et en ce qui concerne les performances, c'est précisément parce qu'il est plus facile à utiliser qu'il est devenu la norme. Cependant, selon des chercheurs allemands (et d'autres), le développement des batteries lithium-ion conventionnelles peut encore faire quelques pas en avant, mais ne peut pas apporter de résultats révolutionnaires. 

Une batterie avec des cellules cylindriques et une architecture cellule à cellule

Le saut quantique peut être réalisé grâce à des technologies révolutionnaires : "En adoptant des anodes en lithium pur ou en sodium", explique l'équipe du BAM, "elles sont plus durables, moins chères et capables de stocker plus d'énergie". C'est là que l'idée de l'anode liquide entre en jeu.

La clé réside dans l'additif

"Nous avons réussi à prouver qu'une anode liquide en métal alcalin est cent fois plus efficace que les anodes conventionnelles en graphite", explique Gustav Graeber, expert en matériaux pour batteries à l'université Humboldt de Berlin et chercheur invité au BAM, "mais pour l'instant, cette technologie ne peut être utilisée qu'à 250 degrés Celsius. Notre objectif est de transférer ses avantages à la température ambiante."

Pour ce faire, ils expérimentent sur des additifs potassiques qui abaissent le point de fusion de l'anode. La difficulté réside dans le fait que de nombreux électrolytes solides courants ne sont pas suffisamment stables par rapport au potassium.

Les électrolytes à l'état semi-solide sont également à l'étude

Selon le BAM, la solution pourrait résider dans un électrolyte solide spécial basé sur des ions sodium supraconducteurs (NASICON). Ces matériaux offrent une conductivité ionique élevée à température ambiante et sont également chimiquement stables par rapport au potassium, en particulier lorsqu'ils sont mélangés à du hafnium. Mais le hafnium est rare et cher. Des additifs alternatifs tout aussi efficaces, mais plus durables et plus faciles à obtenir sont donc recherchés.

"Notre projet de recherche représente une étape décisive vers des batteries de haute performance plus durables, plus rentables et plus efficaces", déclare M. Graeber, "les batteries au sodium à l'état solide pourraient réduire considérablement les temps de charge et améliorer sensiblement les performances des systèmes de stockage d'énergie mobiles et stationnaires, ce qui contribuerait grandement à la décarbonisation."

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