Et si les batteries à l’état solide n’étaient pas vraiment utiles ?

Fabriquée en Chine pour être montée sur des voitures électriques, cette batterie lithium-ion affiche une densité de 700 Wh/kg : trois fois la moyenne.

Photo: CarNewsChina

Par: Francesco Barontini

Publié par: Lucas Huaumé

2 Mar à 09:50

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La principale limite des batteries lithium-ion, en matière de performances, tient à l’électrolyte liquide. C’est pourquoi, partout dans le monde, la recherche se concentre sur les batteries à l’état solide, afin d’obtenir une densité énergétique plus élevée et des recharges plus rapides.

Mais une équipe de chercheurs chinois a mis au point une batterie lithium-ion de conception classique, donc avec électrolyte liquide, capable d’atteindre des niveaux jamais observés jusqu’ici. Des résultats qui laissent penser que l’état solide n’est peut-être plus indispensable ou, du moins, qu’il n’est pas la seule voie pour parvenir à des produits de nouvelle génération.

Une densité de 700 Wh/kg

Le secret réside dans la composition même de l’électrolyte : une combinaison de solvants hydrocarbonés fluorés qui a permis d’atteindre l’impressionnante densité de 700 Wh/kg. Soit plus de trois fois la moyenne actuelle.

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On pense que, pour les applications aériennes, la densité des batteries doit être d’au moins 400 Wh/kg

Menée conjointement par une équipe dirigée par le professeur Zhao Qing, avec la participation de l’Université de Nankai et de l’Institute of Space Power Sources de Shanghai, cette recherche a été publiée dans la revue internationale Nature. Mais revenons à la « technique ».

Les obstacles à surmonter

Les électrolytes des batteries au lithium sont généralement composés de sels de lithium et de solvants à base d’esters carbonatés, dans lesquels l’interaction ion-dipôle entre le lithium et l’atome d’oxygène du solvant favorise la dissolution des sels de lithium.

Toutefois, ces solvants doivent être présents en grande quantité, ce qui pénalise la densité énergétique des cellules. En outre, ces interactions fortes entravent le transfert de charge aux interfaces, ce qui limite les performances à basse température. Avec les nouveaux électrolytes mis au point en Chine, les cellules conservent en revanche une densité énergétique de 400 Wh/kg même à -50 °C.

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Photo : Patrick George

Pourquoi personne n’avait-il encore envisagé cette solution ? Zhao Qing explique que, pour faire fonctionner correctement ce type de batteries, il faut surmonter plusieurs difficultés. Principalement, il s’agit de parvenir à dissoudre le sel de lithium via la coordination du fluor, mais aussi de régler avec précision la densité électronique des atomes de fluor et l’encombrement stérique des molécules de solvant.

Maintenant que la méthode est comprise, cette batterie lithium-ion pourrait, selon les chercheurs, trouver rapidement des applications dans de nombreux domaines, de la voiture électrique aux robots humanoïdes, en passant par les drones et les aéronefs à décollage vertical.