Une équipe de chercheurs américains a mis en place un nouveau prototype de la batterie lithium-air capable de stocker jusqu’à 5 fois plus d’électricité que les batteries litium-ion. Ceci en évitant d’utiliser le Cobalt. Une ressource dont les réserves ont considérablement baissés ces dernières années. De quoi convaincre les constructeurs automobiles de s’orienter vers cette nouvelle technologie prometteuse.
L’autonomie des batteries représente le nerf de la guerre dans le monde des véhicules électriques. En effet les limites des batteries actuelles constituent l’obstacle majeur à l’émergence des véhicules électriques. Raison pour laquelle les chercheurs et les industriels du monde entier ne lésinent pas sur les moyens pour essayer de trouver de nouvelles générations de batteries plus performantes en terme de capacité de stockage, de poids, de volume, de vitesse de chargement, mais aussi et surtout s’appuyant sur des ressources moins rares que le Cobalt par exemple.
Les premiers concepts des batteries lithium-air ne datent pas d’aujourd’hui…
En effet les premières conceptions des batteries lithium-air datent de 1970. Appelés aussi lithium-oxygène (Li-O2) cette nouvelle technologie a suscité depuis les années 2000 beaucoup d’intérêt. En effet elle représente bon nombre d’avantages comme une capacité de stockage 5 fois supérieurs aux batterie lithium-ion. Aussi la batterie lithium-air n’utilise pour son fonctionnement que du lithium, de l’oxygène et du carbone. Le carbone étant présent en abondance sur notre planète cela ne pose pas de problème de ressources. Aussi la batterie fonctionne à travers une réaction chimique entre le lithium et l’oxygène. Ce dernier étant présent dans l’air, il n’a pas besoin d’être stockés ou transporté. Tous ses éléments représentent un réel grain au niveau du coût de fabrication, du poids et du volume de la batterie.
Malheureusement ce concept parfait en théorie s’est heurté lors de sa mise en pratique à bon nombre de problèmes. Chose qui a entravé sa réussite. En effet lors de l’utilisation du véhicule (déchargement), la réaction lithium-oxygène produit du peroxyde de lithium (Li2O2) dans la cathode. Lors de la phase de chargement de l’accumulateur, le peroxyde de lithium se dissocie. Les ions lithium repartent vers l’anode et l’oxygène lui se libère dans l’air. Ce n’est malheureusement pas le seul problème du peroxyde de lithium. Ce dernier s’accumule sur la cathode en carbone, bouchant ainsi tous les pores et empêchant les réactions chimiques suivantes. Aussi se composé chimique très dangereux provoquent d’autres réactions dites « parasites ». Ces réactions au bout de quelques cycles de charge-décharge altèrent le fonctionnement de la batterie.
Jusqu’à présent toutes les tentatives de recherches pour rendre ce concept viable ont échoués. Le problème majeur demeure la durée de vie des batteries mises en place.
Un nouveau prototype de la batterie lithium-air, qui va faire parler de lui
La revue scientifique Nature Energy, a publié le 21 Mars dernier, le résultat des travaux d’un groupe de chercheurs à propos d’une nouvelle batterie lithium-air. Ces travaux sont le fruit d’une collaboration entre des chercheurs de l’université de Chicago et le Laboratoire National de l’Argonne. L’équipe a réussi à mettre en place une nouvelle architecture qui semble apporter de réelles solutions aux problèmes cités plus haut.
En effet pour commencer l’anode a été enduite d’une couche de carbonate de lithium. Son rôle est de permettre le passage des ions lithium, nécessaire à la réaction chimique, vers l’électrolyte tout en empêchant l’oxydation de l’anode. La deuxième solution apportée est au niveau de la cathode. Cette dernière est une structure en carbone poreuse dont le rôle est de faire entrer l’air dans la batterie pour obtenir le deuxième élément nécessaire à la réaction chimique (l’Oxygène). Pour protéger la cathode elle a été recouverte d’un mélange qui fait office de catalyseur : bisulfure de molybdène. Par ailleurs l’électrolyte utilisé est composé de diméthylsulfoxyde. Il s’agit d’un solvant, utilisé dans les batteries, qui permet de faciliter les réactions nécessaires : lithium-oxygène et de minimiser les réactions nuisibles et indésirables. Ce qui augmente l’efficacité de la batterie.
Grâce à ses améliorations, la nouvelle batterie lithium-air est devenue plus performante et efficace que ses aïeules. En effet cette dernière a pu atteindre plus de 750 cycles de chargement/déchargement. Ceci en conservant les performances de l’accumulateur.
La nouvelle batterie lithium-air, dans nos véhicules dans quelques années
Le travail effectué par ces chercheurs représente une avancée majeure vers l’industrialisation des nouvelles batteries lithium-air, mais il faudra cependant attendre encore quelques années avant de voir la nouvelle batterie atterrir dans nos véhicules. En effet plusieurs étapes restent à franchir. De notre côté nous restons optimiste et félicitant bien évidemment ce genre de démarches qui prouve que le véhicule électrique et bel et bien l’avenir de la mobilité sur notre planète. Aussi cela ne peut que servir la cause des défenseurs d’une mobilité propre.
Article à lire également : Goodyear présente son nouveau concept Oxygen, qui révolutionne le pneu de demain