Des chercheurs ont mis au point de nouvelles batteries au lithium-ion qui fonctionnent aussi bien à des températures glaciales qu’à des températures caniculaires, tout en fournissant beaucoup d’énergie. Ces batteries, décrites dans la revue PNAS, pourraient permettre aux véhicules électriques des climats froids de se déplacer plus loin avec une seule charge. Elles pourraient également réduire le besoin de systèmes de refroidissement pour empêcher la surchauffe des batteries des véhicules dans les climats chauds.
Les chercheurs de l’Université de Californie (UC) San Diego, aux États-Unis, ont mis au point un électrolyte qui est non seulement polyvalent et robuste dans une large gamme de températures, mais également compatible avec une anode et une cathode à haute énergie.
L’anode est l’électrode où l’électricité entre. La cathode est l’électrode d’où sort l’électricité.
“Vous avez besoin d’un fonctionnement à haute température dans des zones où la température ambiante peut atteindre les trois chiffres et où les routes sont encore plus chaudes. Dans les véhicules électriques, les batteries sont généralement placées sous le plancher, à proximité de ces routes chaudes”, a déclaré Zheng Chen, professeur à l’UC San Diego et auteur principal de l’étude.
“De plus, les batteries se réchauffent simplement parce qu’elles sont parcourues par un courant pendant leur fonctionnement. Si les batteries ne peuvent pas tolérer cet échauffement à haute température, leurs performances se dégradent rapidement”, a déclaré Chen.
Lors des tests, les batteries ont conservé 87,5 % et 115,9 % de leur capacité énergétique à moins 40 et 50 degrés Celsius, respectivement.
Elles présentaient également des efficacités coulombiennes élevées de 98,2 pour cent et 98,7 pour cent à ces températures, respectivement, ce qui signifie que les batteries peuvent subir davantage de cycles de charge et de décharge avant de cesser de fonctionner.
Les batteries sont tolérantes au froid et à la chaleur grâce à leur électrolyte, qui est composé d’une solution liquide d’éther dibutylique mélangée à un sel de lithium.
Une caractéristique particulière de l’éther dibutylique est que ses molécules se lient faiblement aux ions lithium. En d’autres termes, les molécules de l’électrolyte peuvent facilement laisser partir les ions de lithium lorsque la batterie fonctionne.
Cette faible interaction moléculaire, que les chercheurs avaient découverte dans une étude précédente, améliore les performances de la batterie à des températures inférieures à zéro.
L’éther dibutylique peut facilement supporter la chaleur car il reste liquide à haute température, ont déclaré les chercheurs.
La particularité de cet électrolyte est qu’il est compatible avec une batterie au lithium-soufre, un type de batterie rechargeable dont l’anode est constituée de lithium métallique et la cathode de soufre.
Les batteries au lithium-soufre sont un élément essentiel des technologies de batteries de la prochaine génération car elles promettent des densités d’énergie plus élevées et des coûts plus faibles, selon les chercheurs.
Elles peuvent stocker jusqu’à deux fois plus d’énergie par kilogramme que les batteries lithium-ion actuelles, ce qui pourrait doubler l’autonomie des véhicules électriques sans augmenter le poids du pack de batteries.
Le soufre est également plus abondant et moins problématique à trouver que le cobalt utilisé dans les cathodes des batteries lithium-ion traditionnelles, ont ajouté les chercheurs.
