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Deux avancées pointent vers une batterie de voiture électrique moins chère
Pour que les routes commencent à se remplir de voitures électriques, les batteries devront devenir beaucoup moins chères, jusqu'à 80 % moins chères selon certaines estimations (voir Comment les batteries améliorées rendront les véhicules électriques compétitifs ). Deux avancées récentes qui rendent un type de batterie expérimental beaucoup plus pratique pourraient conduire à de telles économies.
Meilleure batterie : Cette image de microscopie électronique à balayage montre des particules de sulfure de lithium utilisées par des chercheurs de l'Université de Stanford pour fabriquer une batterie au sulfure de lithium améliorée.
Les chercheurs travaillent depuis des années sur un type de batterie qui utilise du lithium métal dans une électrode et du soufre dans l'autre. En théorie, ce type de batterie pourrait stocker trois à cinq fois plus d'énergie qu'une batterie lithium-ion conventionnelle (voir Revisiter les batteries lithium-soufre). Mais le lithium métal est très réactif lorsqu'il est exposé à l'eau et peut former des structures ressemblant à des racines à l'intérieur des batteries au fil du temps ; ces structures peuvent rejoindre des électrodes positives et négatives, provoquant des courts-circuits et même des incendies. Tant de chercheurs ont commencé à se tourner vers une batterie similaire qui ne nécessite pas de lithium métal.
Dans le nouveau type de batterie, l'électrode au soufre est remplacée par un matériau au sulfure de lithium, un composé qui contient à la fois du lithium et du soufre. Celui-ci devient la source du lithium, de sorte que le lithium métal n'est plus nécessaire et peut être remplacé par du graphite - un matériau utilisé aujourd'hui dans les batteries lithium-ion - ou par un matériau tel que le silicium.
Le problème est que le sulfure de lithium est électriquement isolant, ce qui ralentit la charge et réduit la quantité d'énergie que la batterie peut fournir. Mais deux articles récents, l'un de Stanford et l'autre du Lawrence Berkeley National Laboratory, proposent des moyens de rendre les batteries au lithium-sulfure plus pratiques.
Ces articles de recherche démontrent des méthodes peu coûteuses pour fabriquer des batteries au sulfure de lithium avec des capacités de stockage d'énergie élevées. Les travaux pourraient conduire à des batteries commerciales qui stockent plus de trois fois plus d'énergie que les batteries lithium-ion actuellement utilisées dans les véhicules électriques, selon Yuegang Zhang , un scientifique du Lawrence Berkeley National Laboratory.
Plus tôt cette année, Yi Cui, professeur de science des matériaux à Stanford, a montré un moyen de surmonter les limitations inhérentes aux batteries au sulfure de lithium en chargeant la batterie à une tension plus élevée que d'habitude pour sa première charge. Cela modifie la chimie de l'électrode, contournant le problème de conductivité.
Même alors, le sulfure de lithium devait être mélangé avec du carbone pour améliorer sa conductivité, et le carbone diminue la quantité d'énergie que l'électrode peut stocker : dans les expériences, il suffisait de réduire les capacités de la batterie à des niveaux proches des batteries lithium-ion conventionnelles. .
Zhang a démontré une nouvelle façon de mélanger le carbone avec le sulfure de lithium qui réduit considérablement la quantité de carbone nécessaire dans la cathode. Le pourcentage de l'électrode composée de sulfure de lithium passe de moins de 50 % à 67,5 %. Cette amélioration, en partie parce qu'elle est amplifiée par les améliorations qu'elle permet dans d'autres parties de la batterie, pourrait presque doubler la capacité globale de stockage de la batterie, de 350 à 610 wattheures par kilogramme, estime Zhang. (Les batteries lithium-ion des véhicules électriques stockent désormais généralement moins de 200 wattheures par kilogramme.)
Des obstacles subsistent à la commercialisation de la technologie, notamment la nécessité d'améliorer le nombre de fois que les batteries peuvent être rechargées et la vitesse à laquelle elles peuvent être chargées. Les chiffres de stockage d'énergie doivent également être pris avec des pincettes : il s'agit d'estimations dérivées d'expériences en laboratoire, et non de mesures de grandes batteries à l'échelle commerciale.
Et les batteries lithium-soufre qui utilisent du lithium métal pourraient encore s'avérer être la technologie de choix. Des chercheurs et des entreprises telles que Sion Power et Polyplus progressent dans l'amélioration du nombre de fois qu'elles peuvent être rechargées et utilisent des céramiques ou d'autres matériaux pour résoudre les problèmes de sécurité (voir Beyond Lithium Ion: ARPA-E Place Bets on Novel Energy Storage ) .