Les avancées dans des technologies telles que les batteries à électrolyte solide renforcent les perspectives d’accroissement des capacités et de l’autonomie des voitures électriques à venir.
Une équipe de chercheurs de l’université Western au Canada et de l’université du Maryland aux États-Unis a développé un nouveau composant essentiel pour les batteries des véhicules électriques. Cette innovation, publiée dans la revue Nature Nanotechnology, pourrait permettre de réaliser des trajets beaucoup plus longs avec une seule charge en améliorant la densité énergétique et l’efficacité des batteries.
Bien que nous aspirions tous à des batteries révolutionnaires souvent mises en avant dans les médias, il est important de reconnaître qu’elles doivent traverser un processus de développement, où certaines en sont encore à un stade précoce, tandis que d’autres ont progressé davantage. Néanmoins, il est évident que le chemin est en cours et qu’il reste à déterminer qui sera le premier à commercialiser des batteries à haute densité énergétique, sûres, durables et économiquement viables.
Des chercheurs de l’université Western au Canada et de l’université du Maryland aux États-Unis, en collaboration avec d’autres institutions, ont conçu un électrolyte solide novateur pour les batteries lithium-métal (LMB).
Ce composant essentiel, constitué d’un matériau nommé β-Li3N (nitrure de lithium), constitue une avancée significative pour les batteries lithium-métal à l’état solide, surpassant les performances des batteries lithium traditionnelles. Ce nouvel élément permet aux véhicules électriques d’atteindre une autonomie de plus de 1 000 kilomètres, grâce à une densité énergétique pouvant atteindre 500 Wh/kg, comme l’indique une étude publiée le 25 novembre 2024 dans Nature Nanotechnology.
Le principal défi des batteries lithium-métal à l’état solide réside dans la création d’un électrolyte solide (SSE) qui soit à la fois sûr, fiable et performant. Les électrolytes solides sont cruciaux pour remplacer les liquides inflammables présents dans les batteries classiques, rendant ainsi les batteries à électrolyte solide plus sûres et capables de supporter des densités d’énergie plus élevées.
Les chercheurs ont développé un électrolyte solide qui favorise le déplacement des ions lithium. Cela diminue les barrières énergétiques et accroît le nombre d’ions lithium en mouvement, améliorant ainsi l’efficacité de la batterie. Ce matériau offre une conductivité ionique remarquable, dépassant celle des électrolytes traditionnels, ce qui permet une recharge beaucoup plus rapide.
De plus, ce matériau est particulièrement adapté au lithium, car il empêche la formation de dendrites, des structures susceptibles de provoquer des défaillances de la batterie. Grâce à cette innovation, la batterie présente une conductivité ionique exceptionnelle et demeure stable même après plus de 4 000 cycles de charge et de décharge, avec des niveaux de courant atteignant jusqu’à 45 mA/cm², permettant ainsi une utilisation plus rapide et efficace de la batterie. Cela réduit le risque de défaillance lors d’une utilisation intensive, comme l’ont également souligné les chercheurs dont les travaux ont été rapportés par Interesting Engineering.
Les chercheurs ont fabriqué ce matériau à l’aide d’un procédé appelé “fraisage à haute énergie”, qui consiste à introduire un nombre précis de “trous” (vides) dans la structure cristalline du matériau. Cette méthode améliore considérablement les propriétés du matériau, en particulier sa conductivité ionique. Leurs performances sont ainsi optimisées, ce qui rend les batteries lithium-métal à l’état solide plus adaptées à une utilisation à grande échelle, en particulier dans les applications commerciales.
En utilisant ce nouveau matériau, les chercheurs ont conçu des batteries équipées d’anodes en lithium métal et de cathodes LiCoO₂ (LCO) ou NCM83 riches en Ni. Ces batteries ont fait preuve d’une stabilité remarquable, conservant plus de 92 % de leur capacité après 3 500 cycles de charge/décharge, ce qui pourrait se traduire par le fait qu’une voiture ayant une autonomie de 500 km dans le monde réel conserverait une batterie largement intacte après 1,7 million de km.
Ses performances ont également été testées à des densités de courant élevées, permettant une charge/décharge rapide, jusqu’à cinq fois la capacité de la batterie en une heure, sans perte de performance grâce à sa puissante capacité de dissipation de la chaleur.
