La nouvelle batterie au lithium de l’Université Cornell, capable de se recharger en moins de cinq minutes, marque une avancée significative dans la technologie des véhicules électriques. Utilisant de l’indium pour l’anode de la batterie, cette innovation promet de réduire l’anxiété liée à l’autonomie et de stimuler une adoption plus large des véhicules électriques, malgré les difficultés liées à la recherche de matériaux alternatifs plus légers.
Les ingénieurs de l’Université Cornell ont développé une nouvelle batterie au lithium capable de se charger en moins de cinq minutes – plus rapidement que n’importe quelle batterie de ce type sur le marché – tout en conservant des performances stables sur des cycles prolongés de charge et de décharge.
Cette avancée pourrait atténuer « l’anxiété liée à l’autonomie » chez les conducteurs qui craignent que les véhicules électriques ne puissent pas parcourir de longues distances sans une recharge fastidieuse.
« L’anxiété liée à l’autonomie est un obstacle plus important à l’électrification dans les transports que n’importe quel autre obstacle, comme le coût et la capacité des batteries, et nous avons identifié une voie pour l’éliminer en utilisant des conceptions d’électrodes rationnelles », a déclaré Lynden Archer, professeur d’ingénierie et doyen de l’université. Cornell’s College of Engineering, qui a supervisé le projet. « Si vous pouvez charger une batterie de véhicule électrique en cinq minutes, je veux dire, bon sang, vous n’avez pas besoin d’une batterie suffisamment grande pour une autonomie de 300 milles. Vous pouvez vous contenter de moins, ce qui pourrait réduire le coût des véhicules électriques, permettant ainsi une adoption plus large.
Résultats de la recherche et publication
L’article de l’équipe a été récemment publié dans la revue Joule. L’auteur principal est Shuo Jin, doctorant en génie chimique et biomoléculaire.
Les batteries lithium-ion font partie des moyens les plus populaires pour alimenter les véhicules électriques et les smartphones. Les batteries sont légères, fiables et relativement économes en énergie. Cependant, leur chargement prend des heures et n’a pas la capacité de gérer de fortes surtensions de courant.
Les chercheurs ont identifié l’indium comme un matériau exceptionnellement prometteur pour les batteries à charge rapide. L’indium est un métal mou, principalement utilisé pour fabriquer des revêtements d’oxyde d’étain et d’indium pour les écrans tactiles et les panneaux solaires.
La nouvelle étude montre que l’indium possède deux caractéristiques cruciales en tant qu’anode de batterie : une barrière d’énergie de migration extrêmement faible, qui détermine la vitesse à laquelle les ions se diffusent à l’état solide ; et une densité de courant d’échange modeste, liée à la vitesse à laquelle les ions sont réduits dans l’anode. La combinaison de ces qualités – diffusion rapide et cinétique de réaction de surface lente – est essentielle pour une charge rapide et un stockage de longue durée.
Innovations dans la conception des batteries
« L’innovation clé est que nous avons découvert un principe de conception qui permet aux ions métalliques d’une anode de batterie de se déplacer librement, de trouver la bonne configuration et ensuite seulement de participer à la réaction de stockage de charge », a déclaré Archer. « Le résultat final est qu’à chaque cycle de charge, l’électrode est dans un état morphologique stable. C’est précisément ce qui donne à nos nouvelles batteries à charge rapide la capacité de se charger et se décharger de manière répétée sur des milliers de cycles. »
Cette technologie, associée à la recharge par induction sans fil sur les routes, réduirait la taille – et le coût – des batteries, faisant ainsi du transport électrique une option plus viable pour les conducteurs.
Cependant, cela ne signifie pas que les anodes en indium sont parfaites, ni même pratiques.
« Bien que ce résultat soit passionnant, dans la mesure où il nous apprend comment charger rapidement des batteries, l’indium est lourd », a déclaré Archer. « Il s’agit là d’une opportunité de modélisation informatique de la chimie, peut-être en utilisant des outils d’IA générative, pour découvrir quelles autres chimies de matériaux légers pourraient atteindre les mêmes nombres de Damköhler intrinsèquement bas. Par exemple, existe-t-il des alliages métalliques que nous n’avons jamais étudiés et qui présentent les caractéristiques souhaitées ? C’est de là que vient ma satisfaction : il existe un principe général qui permet à quiconque de concevoir une meilleure anode de batterie qui atteint des taux de charge plus rapides que la technologie de pointe.
La recherche a été soutenue par le programme des sciences énergétiques de base du département américain de l’Énergie par l’intermédiaire du Center for Mesoscale Transport Properties, un centre de recherche sur les frontières énergétiques. Les chercheurs ont utilisé le Cornell Center for Materials Research, qui est soutenu par le programme Materials Research Science and Engineering Center de la National Science Foundation.
