Grande nouvelle pour la voiture électrique : les batteries solides verront bientôt le jour

Après la batterie lithium-ion, la batterie à électrolyte solide verra-t-elle le jour ? Deviendra-t-elle la nouvelle technologie de référence de stockage d’énergie pour les voitures électriques ? Des scientifiques de l’Institut Fraunhofer en Allemagne ont sélectionné la composition chimique idéale de l’électrolyte des batteries solides. Cette avancée dans la recherche suscite un grand espoir dans le monde de la voiture électrique.

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Un grand espoir pour les voitures électriques

Contrairement aux électrolytes liquides et inflammables utilisés dans les cellules lithium-ion conventionnelles, la batterie dite « solide » utilise un électrolyte solide en céramique. Pour les experts, cette particularité offre la possibilité de gagner en densité d’énergie. La batterie solide constitue ainsi pour l’instant le plus grand espoir d’équiper les voitures électriques de systèmes plus abordables, plus simples, plus légers et d’une durée de vie plus longue.

En outre, l’électrolyte permet de diminuer la dépendance en matières critiques comme le cobalt. Un autre enjeu de cette technologie est sa performance en matière de système de refroidissement qui est l’un des grands soucis avec les batteries conventionnelles pour l’accélération de la vitesse de recharge. En effet, les batteries lithium-ion actuelles étant limitées en température à 60 °C, elles ralentissent considérablement la vitesse de recharge.

Les promesses de la batterie solide

Ces batteries solides permettent l’utilisation d’une anode très performante en lithium métal, ce qui n’est pas faisable avec les électrolytes liquides actuels. En contact avec le lithium métal, ceux-ci réagissent violemment et provoquent des dégâts fatals.

Les promesses des batteries solides se révèlent toutefois difficiles à tenir. Concrètement, les chercheurs doivent réussir à concevoir un électrolyte qui soit à la fois très conducteur et très stable, afin de garantir la bonne circulation des ions lithium d’une électrode à l’autre de la batterie. C’est un problème de taille à résoudre, car il est essentiel que les ions lithium puissent traverser rapidement l’électrolyte pour permettre une charge rapide.

Beaucoup de chercheurs ainsi que des laboratoires dans le monde entier travaillent donc au développement de nouvelles méthodes adaptées à ces matériaux. Ils travaillent à l’élaboration de nouveaux composés pour les électrodes et l’électrolyte des futures batteries solides.

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Les chercheurs travaillent aussi sur le développement d’un polymère capable de conduire les ions lithium à température ambiante, ce qui constitue une brique technologique de batterie tout solide dont les performances se révèlent prometteuses.

L’avancée des recherches

Des chercheurs de l’Institut Fraunhofer pour la mécanique des matériaux (IWM) basé à Fribourg en Allemagne ont étudié les propriétés de céramiques constituées de zirconium, de sodium et de phosphore en proportions différentes. Egalement appelées ZNP, ces céramiques sont composées d’une conductivité ionique élevée, car leur structure provoque des « chemins de migration » le long desquels les ions lithium peuvent se déplacer facilement.

Les scientifiques ont sélectionné les composants chimiques adaptés pour l’électrolyte solide non seulement pour leur performance dans la batterie, mais aussi pour leur absence de toxicité et pour leur abondance relative dans l’écorce terrestre.

D’après les scientifiques de l’Institut Fraunhofer, grâce à leur recherche, ils ont pu établir une composition chimique de l’électrolyte des batteries qui permettra d’élaborer des cellules plus sûres et plus performantes avec un moindre impact environnemental. Celui qui a dirigé l’équipe de chercheurs, Daniel Mutter précise que « Les éléments chimiques qui composent les matériaux de l’électrolyte que nous avons étudié sont abondamment disponibles dans la croute terrestre en Europe. Nous éviterons ainsi le besoin d’utiliser des métaux rares et coûteux ou en provenance de pays lointains ».

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Le résultat de leur recherche a été publié dans le Journal of Applied Physics.