Au cours des dernières années, les voitures électriques se sont popularisées, au point d’aujourd’hui investir une certaine part du marché de l’automobile. Si elles sont de plus en plus courantes, leur temps de charge rebute encore de nombreux utilisateurs potentiels. Pour remédier à cela, une équipe d’ingénieurs de la Penn State University a mis au point une nouvelle batterie pouvant se charger en seulement 10 minutes, grâce à un procédé de chauffage rapide, augmentant le taux de transport ionique.
La clé pour rendre les voitures électriques plus attractives sur le plan commercial réside dans le développement de batteries pouvant atteindre 80% de charge (ou une autonomie d’environ 300 km) en 10 minutes, explique Chao-Yang Wang de la Penn State University. Mais cela nécessite que les batteries absorbent rapidement 400 kilowatts, ce qui n’est pas possible avec celles disponibles actuellement sur le marché.
Lorsque les batteries sont chargées rapidement — phase au cours de laquelle les ions lithium se déplacent de l’électrode positive vers l’électrode négative — le lithium a tendance à former sur la surface de l’électrode des dépôts en forme de plaques, susceptibles de réduire la durée de vie de la batterie.
Chauffer la batterie pour minimiser la formation de plaques de lithium
Wang et ses collègues ont pensé qu’ils pourraient minimiser ce problème en chauffant d’abord la batterie à une température trop élevée pour permettre la formation de plaques de lithium. Pour tester cela, ils ont pris une batterie industrielle disponible dans le commerce et ont inséré des feuilles de nickel de l’ordre du micron dans un empilement de couches d’électrodes.
Cette structure permet à l’électrode de chauffer en moins de 30 secondes, créant ainsi les conditions permettant aux ions de se déplacer rapidement dans l’électrode négative sans provoquer la formation de plaques à sa surface. Ils ont ensuite testé le fonctionnement des cellules lorsqu’elles étaient chargées à 40 °C, 49 °C ou 60 °C, puis ont comparé leurs performances à celles d’une batterie de contrôle se chargeant à 20 °C.
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Charge à température élevée : des performances optimisées
Ils ont constaté qu’à 20 °C, la batterie pouvait maintenir une charge rapide pendant seulement 60 cycles avant que le placage au lithium ne provoque des problèmes qui réduisent considérablement les performances. En revanche, le chauffage de l’électrode à 60 °C a permis à la batterie de se recharger pendant 2500 cycles sans former de placage de lithium. Cela équivaut à 14 ans d’utilisation ou à environ 750’000 kilomètres. Les résultats ont été publiés dans la revue Joule.
Cela remet en cause l’idée ancienne selon laquelle les batteries au lithium ne devraient pas être chargées à haute température, car elles se dégraderaient. Au lieu de cela, les résultats suggèrent que les avantages d’un bref sursaut de température élevée dépassent de loin les inconvénients, explique Wang.