Des scientifiques de l’Université du Maryland ont mis au point une technologie visant à rendre les batteries au lithium plus sûres et plus efficaces pour les véhicules électriques en supprimant la croissance des dendrites. Bien que prometteur, il reste des défis à relever en matière de conception et de coûts, avec un déploiement commercial potentiel d’ici 2026.
Des chercheurs en ingénierie du Maryland ont développé un moyen de prévenir les dommages qui affectent les batteries au lithium de nouvelle génération.
Des chercheurs de l’Université du Maryland se concentrant sur les mécanismes de défaillance des batteries au lithium ont mis au point une technologie qui pourrait conduire à des véhicules électriques (VE) plus sûrs et plus économes en énergie. Cette avancée pourrait atténuer le risque d’incendie de batterie, une préoccupation majeure des technologies de batteries existantes.
Suppression de la croissance des dendrites
La méthode innovante, présentée dans un article publié mercredi dans la revue Nature, supprime la croissance des dendrites de lithium, des structures ramifiées dommageables qui se développent à l’intérieur des batteries au lithium dites entièrement solides, empêchant les entreprises de commercialiser à grande échelle cette technologie prometteuse. Mais cette nouvelle conception d’une « couche intermédiaire » de batterie, dirigée par le professeur Chunsheng Wang du Département de génie chimique et biomoléculaire, arrête la formation de dendrites et pourrait ouvrir la porte à la production de batteries entièrement solides viables pour les véhicules électriques.
Défis actuels de la batterie
Au moins 750 000 véhicules électriques enregistrés aux États-Unis fonctionnent avec des batteries lithium-ion, populaires en raison de leur stockage d’énergie élevé, mais contenant un composant électrolyte liquide inflammable qui brûle en cas de surchauffe. Même si aucune agence gouvernementale ne suit les incendies de véhicules par type de voiture et que les incendies de batteries de voitures électriques semblent relativement rares, ils présentent des risques particuliers ; le National Transportation Safety Board rapporte que les premiers intervenants sont vulnérables aux risques de sécurité, notamment aux chocs électriques et à l’exposition à des gaz toxiques émanant de batteries endommagées ou en feu.
Avancées dans les batteries entièrement solides
Les batteries entièrement solides pourraient conduire à des voitures plus sûres que les modèles électriques ou à combustion interne actuels, mais la création d’une stratégie pour contourner les inconvénients a été laborieuse, a déclaré Wang. Lorsque ces batteries fonctionnent aux capacités et aux taux de charge/décharge élevés exigés par les véhicules électriques, les dendrites de lithium se développent vers le côté cathodique, provoquant des courts-circuits et une diminution de capacité.
Lui et l’associé postdoctoral Hongli Wan ont commencé à développer une théorie pour la formation de la croissance des dendrites de lithium en 2021 ; cela reste un sujet de débat scientifique, ont déclaré les chercheurs.
« Après avoir compris cette partie, nous avons proposé l’idée de repenser les couches intermédiaires qui supprimeraient efficacement la croissance des dendrites de lithium », a-t-il déclaré.
Leur solution est unique en raison de la stabilisation des interfaces de la batterie entre l’électrolyte solide et l’anode (où les électrons d’un circuit entrent dans la batterie) et l’électrolyte et la cathode (où l’énergie s’écoule hors de la batterie). La nouvelle structure de la batterie ajoute une couche intermédiaire riche en fluor qui stabilise le côté cathodique, ainsi qu’une modification de la couche intermédiaire de l’anode avec du magnésium et du bismuth, supprimant la dendrite de lithium.
« Les batteries à semi-conducteurs sont la nouvelle génération car elles peuvent atteindre une énergie et une sécurité élevées. Dans les batteries actuelles, si vous atteignez une énergie élevée, vous sacrifierez la sécurité », a déclaré Wang.
Route vers la commercialisation
Les chercheurs ont d’autres défis à résoudre avant que le produit n’entre sur le marché. Pour commercialiser des batteries entièrement solides, les experts devront réduire la couche d’électrolyte solide pour obtenir une épaisseur similaire à celle de l’électrolyte des batteries lithium-ion, ce qui améliorera la densité énergétique ou la quantité d’énergie que la batterie peut stocker. Les coûts élevés des matériaux de base constituent un autre défi, a déclaré l’équipe.
Dans le but de commercialiser les nouvelles batteries d’ici 2026, le fabricant de batteries avancées Solid Power prévoit de commencer les essais de la nouvelle technologie pour évaluer son potentiel de commercialisation. La poursuite des recherches vise à accroître davantage la densité énergétique, ont indiqué les chercheurs.
