Véhicules électriques. Les batteries lithium-ion bientôt obsolètes ?
Présagée pour remplacer les batteries lithium-ion, la technologie li-métal se heurte à des problèmes de stabilité qui nécessitent le développement de batteries solides. Des chercheurs coréens affirment néanmoins avoir trouvé une solution applicable immédiatement à l’échelle industrielle.
Les batteries lithium-ion équipent aujourd'hui la grande majorité des voitures électriques. Peut-être plus pour longtemps…
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La recherche va bon train pour parvenir à élaborer des batteries capables de stocker toujours plus d’énergie, le plus longtemps possible, avec le moins de matériaux rares. La dernière découverte en date provient du KERI (Korea Electrotechnology Research Institute, l’équivalent sud-coréen du CNRS français) et concerne les batteries li-métal. Présentées comme l’évolution des batteries lithium-ion aujourd'hui utilisées par les voitures électriques (mais aussi et surtout par les smartphones, les ordinateurs portables, etc.), les batteries li-métal sont souvent assimilées aux batteries solides car leur stabilité semblait pouvoir être résolue uniquement par la présence d’un électrolyte solide. Les résultats des recherches de l’équipe du KERI semblent avoir identifié une solution garantissant la stabilité sans électrolyte solide.
Petit cours de physique-chimie
En occupant le même espace, les batteries li-métal promettent jusqu'à deux fois plus d'autonomie.
Volvo
Pour comprendre les enjeux derrière cette découverte, il est nécessaire d’entrer plus en détail dans le fonctionnement des batteries. En vulgarisant, les batteries fonctionnent grâce à la circulation d’un courant entre un pôle positif et un pôle négatif. Concrètement, ces deux pôles prennent la forme d’électrodes, chacune fabriquée dans un matériau différent. Pour les batteries lithium-ion, il s’agit d’une cathode (l’électrode positive) en métal contenant du lithium et d'une anode (l’électrode négative) en graphène. Ces deux électrodes baignent dans un liquide nommé électrolyte, qui permet de transférer l’énergie d’une électrode à l’autre (pour générer un courant électrique). Problème : le graphène n’est pas facile à obtenir, et sa capacité à stocker de l’électricité n’est pas la meilleure comparée à d’autres métaux. Pourquoi est-il alors utilisé ? Parce qu’il permet une certaine stabilité face au lithium, qui a tendance à s’autodétruire lors des charges et décharges à cause de la formation de dendrites, sortes de résidus qui limitent la conductivité des électrodes et provoquent des courts-circuits.
Batteries solides et batteries li-métal
Plusieurs technologies sont en compétition pour remplacer le lithium-ion.
Youtube CNRS
Les batteries solides se servent d’un électrolyte sous forme non plus liquide mais solide donc, pour limiter la formation de ces dendrites. De là, il est envisageable de se passer de graphène pour utiliser d’autres matériaux plus denses (capables de stocker plus d’électricité) comme le… lithium. C’est le principe des batteries li-métal, qui ont donc une anode en lithium. Cela permet en théorie de stocker presque deux fois plus d’électricité qu’une batterie lithium-ion, tout en vieillissant moins vite car moins de dendrites sont générées grâce à l’électrolyte solide. La confusion entre batteries solides et batteries li-métal vient de là, mais il existe des batteries solides qui utilisent d’autres métaux comme les LMP (lithium-métal-polymère) de Bolloré, qui équipaient les Autolib’. Les batteries li-métal non solides n’étaient en revanche pas envisagées.
Une nouvelle technologie qui pourrait être rapidement mise en place ?
De nombreux acteurs sont engagés dans la batterie solide comme Wildcat et Kodak, qui prévoient d'en vendre dès 2024.
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C’est pourtant la piste explorée par les chercheurs du KERI, qui sont parvenus à faire fonctionner des batteries li-métal à électrolyte liquide en recouvrant l’anode d’une feuille composée d’un mélange de carbone et de nanoparticules d’or. Pour simplifier, le carbone empêche la formation des dendrites, et l’or assure la bonne conductivité électrique. Résultat, une batterie li-métal qui pourrait être produite beaucoup plus rapidement que les batteries solides et avec l’outil industriel en place. Une promesse enthousiasmante faite par les chercheurs et qui pourrait donc rapidement doubler la capacité des batteries tout en allongeant leur durée de vie et en se passant de graphène (mais pas d’or du coup). Reste à savoir si cette solution pourra effectivement être utilisée en masse et si son coût sera compétitif par rapport à celui des batteries solides, prévues dès 2024.
