Des chercheurs de l’Université du Maryland ont découvert une méthode simple pour prolonger considérablement la durée de vie des batteries lithium-ion, une technologie de base qui alimente tout, des smartphones aux véhicules électriques. La clé réside dans un ajustement chimique subtil qui favorise la formation d’une couche protectrice sur la cathode de la batterie, ce qui était auparavant considéré comme extrêmement difficile.
Le problème avec les batteries lithium-ion
Les batteries lithium-ion se dégradent avec le temps en raison de la dégradation chimique de l’électrolyte, le liquide qui permet aux ions de se déplacer entre les électrodes. Actuellement, une couche protectrice se forme naturellement sur l’anode négative, la stabilisant. Mais la cathode positive, qui fonctionne dans des conditions plus réactives, subit traditionnellement une dégradation plus rapide car l’électrolyte se décompose avant qu’un revêtement protecteur stable puisse se former. Cela limite la longévité et les performances de la batterie.
La solution : la répartition guidée des électrolytes
L’équipe, dirigée par Chunsheng Wang, a utilisé une réaction empruntée à la chimie organique pour « guider » la dégradation de l’électrolyte. Au lieu d’une dégradation aléatoire, l’électrolyte altéré se décompose de manière contrôlée, créant ainsi une couche protectrice stable sur la cathode. Cette couche protège la cathode d’une panne supplémentaire, améliorant ainsi considérablement sa durée de vie.
“En guidant la dégradation de l’électrolyte au niveau moléculaire, nous avons pu contrôler avec précision la couche protectrice qui se forme sur la cathode”, explique Xiyue Zhang, chercheur postdoctoral sur le projet.
Performances réglables : puissance contre longévité
Il est important de noter que cette approche n’est pas une solution universelle. La couche résultante peut être ajustée. Une couche plus épaisse signifie une plus grande protection et une durée de vie plus longue, idéale pour les applications où la stabilité est primordiale. Une couche plus fine permet des réactions électrochimiques plus rapides, maximisant ainsi la puissance et la production d’énergie. Cette flexibilité signifie que les batteries peuvent être optimisées pour des besoins spécifiques.
Implications dans le monde réel
Les experts estiment que cette modification pourrait être facilement intégrée aux processus de fabrication de batteries existants. Michel Armand, de CIC energiGUNE, un centre de recherche sur le stockage d’énergie en Espagne, met l’accent sur l’utilisation de « procédures chimiques bien établies », suggérant que la sécurité et l’évolutivité ne devraient pas constituer des obstacles majeurs.
L’augmentation exacte de la durée de vie de la batterie reste à déterminer par des tests supplémentaires, mais Wang est optimiste. “Il s’agit d’une modification relativement simple des batteries existantes”, déclare-t-il, ce qui implique une voie réaliste vers une mise en œuvre au niveau du consommateur après des évaluations approfondies de la sécurité.
Cet ajustement chimique représente une étape simple mais potentiellement transformatrice vers un stockage d’énergie plus durable et plus efficace, répondant à une limitation clé de la technologie lithium-ion actuelle.
