Des scientifiques canadiens et américains ont développé un nouvel élément clé pour les batteries des voitures électriques, qui peuvent leur permettre de voyager de plus longues distances avec une seule charge.
Un nouveau matériau innovant
Des chercheurs de l’Université Western au Canada et de l’Université du Maryland aux États-Unis, d’autres institutions, ont développé une électrolyte solide innovant pour batteries lithium-métal (LMB).
Ce nouveau composant clé, basé sur un matériau appelé β-Li3N (nitrure de lithium), facilite le mouvement des ions lithium. Cela réduit les obstacles énergétiques et augmente le nombre d’ions lithium en mouvement, améliorant ainsi l’efficacité de la batterie.
Les chercheurs ont pu fabriquer ce matériau grâce à un procédé appelé « broyage à haute énergie », qui consiste à introduire un nombre précis de vides, ou lacunes, dans la structure cristalline du matériau. Cette méthode améliore ainsi grandement ses propriétés et notamment sa conductivité ioniquerendant les batteries lithium-métal à semi-conducteurs plus adaptées aux utilisations à grande échelle, en particulier dans les applications commerciales.
Les électrolytes solides sont essentiels pour remplacer les liquides inflammables dans les batteries lithium-ion conventionnellesrendant ainsi les batteries solides plus sûr et surtout capable de soutenir densités d’énergie plus élevées. Ainsi, la découverte de ce nouveau matériau représente une avancée majeure pour les batteries lithium-métal à électrolyte solide et permet également d’améliorer significativement surpasse les performances des batteries lithium-ion conventionnelles.
De nombreux avantages pour les véhicules électriques
Même si ces batteries peuvent être utilisées dans de nombreux domaines, elles peuvent notamment servir à grandement améliorer nos véhicules électriques. En effet, aujourd’hui, la technologie prédominante pour les voitures électriques est celle de lithium-ioncependant, les batteries lithium-métal à électrolyte solide se montrent beaucoup plus efficaceen plus d’être plus sûr.
D’une part, les batteries lithium-métal à électrolyte solide à base de nitrure de lithium, grâce à leur conductivité exceptionnelle, atteignent des valeurs supérieures à celles des électrolytes classiques, ce qui permet charge beaucoup plus rapide. Leurs performances ont en effet 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.
En revanche, le nitrure de lithium est particulièrement adapté au lithium car il empêche la formation de dendritesstructures pouvant provoquer des pannes dans les batteries conventionnelles, ce qui améliore durabilité et efficacité de la batterie. Ainsi, les batteries testées ont montré une stabilité remarquable, conservant plus de 92% de leur capacité après 3 500 cycles de charge et de décharge.
Enfin, l’un des points qui intéresse le plus le grand public, ces batteries lithium-métal à électrolyte solide développées par des chercheurs canadiens et américains devraient permettre aux véhicules électriques de bénéficier d’une autonomie supérieure à 600 miles (965km) grâce à une densité énergétique atteignant 500 Wh/kg, soit presque trois fois plus que les batteries lithium-ion traditionnelles (~150/200 Wh/kg).
Ce nouveau type de batterie est donc destiné plus sûr, plus stable, plus efficace et aussi plus durablece qui pourrait être une véritable révolution dans l’industrie du véhicule électrique mais aussi dans bien d’autres domaines.
Références des articles :
β-Li riche en lacunes conductrices superioniques3Électrolyte N pour le cyclage stable des batteries lithium métal all-solid-state, Nature nanotechnologies (25 novembre 2024), Weihan Li, Minsi Li, Shuo Wang, et al.
