Découverte d'une nouvelle technologie pour la recharge rapide des batteries à état solide

John Goodenough

Maria Helena Braga

Nous vous en parlions récemment dans nos Brèves du jour, mais voici maintenant un article plus détaillé sur cette nouvelle prometteuse.
 
Une équipe d'ingénieurs dirigée par John Goodenough, 94 ans, professeur à l'école de génie Cockrell de l'Université du Texas à Austin et co-inventeur de la batterie au lithium-ion, a présenté des résultats de recherche prometteurs sur une nouvelle technologie qui pourrait révolutionner le secteur des batteries à état solide. Cette découverte, réalisée en partenariat avec Maria Helena Braga, chargée de recherche principale à l'école Cockrell, pourrait permettre le développement de batteries rechargeables plus sûres, à chargement plus rapide et à plus longue durée pour les appareils mobiles portatifs, les voitures électriques et le stockage d'énergie stationnaire. Les ingénieurs décrivent leur nouvelle technologie dans un récent article publié dans la revue Energy & Environmental Science.
 
« Le coût, la sécurité, la densité énergétique, les vitesses de recharge et de décharge et la durée de vie du cycle sont essentiels pour que les véhicules à batterie puissent être adoptés plus largement. Nous croyons que notre découverte résout bon nombre des problèmes inhérents aux batteries d'aujourd'hui », a déclaré Goodenough.

Les chercheurs ont démontré que leurs nouvelles cellules de batterie ont au moins trois fois plus de densité d'énergie que les batteries au lithium-ion actuellement sur le marché. La densité d'énergie d'une cellule de batterie donne au véhicule électrique son autonomie de conduite, donc une plus haute densité d'énergie signifie qu'une voiture pourra parcourir plus de km sur une même charge. La batterie de l’UT Austin permet également un plus grand nombre de cycles de charge et de décharge, ce qui équivaut à des batteries plus durables, ainsi qu'un rythme de recharge plus rapide (en quelques minutes, plutôt que des heures).
 
Les batteries lithium-ion d'aujourd'hui utilisent des électrolytes liquides pour transporter les ions lithium entre l'anode (côté négatif de la batterie) et la cathode (côté positif de la batterie). Si une batterie est chargée trop rapidement, cela peut entraîner la formation de dendrites ou de trichites métalliques et traverser les électrolytes liquides, pouvant provoquer un court-circuit et causer des explosions et des incendies. Au lieu d'électrolytes liquides, les chercheurs s'appuient sur des électrolytes de verre solides qui permettent l'utilisation d'une anode de métal alcalin sans formation de dendrites.
 
L'utilisation d'une anode alcaline (lithium, sodium ou potassium) - ce qui n'est pas possible avec les batteries classiques - augmente la densité d'énergie de la cathode et offre une plus longue durée de vie au cycle. Lors de leurs expériences, les cellules des chercheurs ont démontré plus de 1200 cycles ayant une faible résistance cellulaire.
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En outre, parce que les électrolytes solides peuvent fonctionner, ou ont une conductivité élevée, à -20 degrés Celsius, ce type de batterie pourrait très bien fonctionner dans des conditions météorologiques sous zéro. C'est aussi la première cellule de batterie à état solide qui peut fonctionner sous 60 degrés Celsius.
 
Braga a commencé à développer des électrolytes solides avec des collègues alors qu'elle était à l'Université de Porto au Portugal. Il y a environ deux ans, elle a commencé à collaborer avec Goodenough et le chercheur Andrew J. Murchison à UT Austin. Braga a déclaré que Goodenough a apporté une compréhension de la composition et des propriétés des électrolytes solides qui a abouti à une nouvelle version, qui est maintenant brevetée par le bureau de commercialisation des technologies de UT Austin.
 
Grâce aux électrolytes solides, les ingénieurs peuvent plaquer et extraire des métaux alcalins à la fois sur la cathode et le côté anode sans dendrites, ce qui simplifie la fabrication des cellules de la batterie. Un autre avantage est que les cellules de la batterie peuvent être fabriquées à partir de matériaux écologiques.
 
« Les électrolytes solides permettent la substitution du lithium par du sodium à faible coût.  Le sodium est extrait de l'eau de mer qui est largement disponible », a précisé Braga.
 
Goodenough et Braga poursuivent leurs recherches sur les batteries et travaillent sur plusieurs brevets. À court terme, ils espèrent collaborer avec des fabricants de batteries pour développer et tester leurs nouveaux matériaux dans les véhicules électriques et les dispositifs de stockage d'énergie.
 
Cette recherche est soutenue par UT Austin, mais il n'y a pas de subventions associées à ce travail. Le bureau de commercialisation des technologies de l'UT Austin négocie activement des accords de licence avec plusieurs sociétés engagées dans différents secteurs de l'industrie liés aux batteries.
 
Source : UT News
Contribution : Peggy Bédard