Des travaux menés par des scientifiques chinois ont abouti à une percée potentielle dans le domaine des batteries, en particulier pour des applications dans des conditions de froid extrême. Leur découverte s’attaque en effet à un problème de longue date associé aux batteries lithium-ion : leur performance nettement réduite à basse température.
Le problème des batteries lithium-ion par temps froid
Malgré leur prédominance dans de nombreuses technologies modernes, de la mobilité électrique au stockage d’énergie, les batteries lithium-ion sont limitées par leur performance à basse température. Lorsque la température chute, la capacité de charge et la vitesse de charge de ces structures diminuent en effet significativement en raison de la viscosité accrue et de la mobilité réduite des ions lithium à travers l’électrolyte.
Ce problème a des implications majeures non seulement pour l’électrification de l’aviation, où les températures extrêmes sont courantes en haute altitude, mais aussi pour d’autres applications nécessitant une fiabilité dans des conditions froides. Nous pensons ici notamment aux véhicules électriques qui évoluent dans les climats nordiques ou encore au stockage d’énergie renouvelable dans des régions froides.
La solution : un nouvel électrolyte
Dans le cadre de cette étude, des chercheurs de l’Université du Zhejiang ont identifié que le cœur du problème réside dans la nature des électrolytes utilisés dans les batteries lithium-ion. En explorant une gamme de solvants, ils ont alors découvert que certains solvants de petite taille pouvaient former des canaux de transport efficaces pour les ions lithium, facilitant ainsi leur mouvement même à des températures extrêmement basses.
Parmi les solvants testés, le fluoroacétonitrile (FAN) s’est avéré particulièrement prometteur. Il permet non seulement une conductivité ionique exceptionnelle à température ambiante, mais il maintient également cette efficacité sur une plage de température étendue, de -80°C à 60°C. Cette caractéristique rend les batteries équipées de cet électrolyte FAN bien plus adaptées aux conditions extrêmes que les solutions actuelles. De plus, le FAN a montré des performances supérieures de plusieurs ordres de grandeur par rapport à d’autres alternatives à -70°C et a maintenu ces performances sur 3 000 cycles à 6°C.
Les implications et le potentiel de cet électrolyte
L’innovation de l’électrolyte FAN offre plusieurs avantages clés. Premièrement, elle permet une recharge rapide et atteint 80 % de la capacité en seulement dix minutes, une caractéristique cruciale pour de nombreuses applications pratiques, de l’automobile à l’aviation. Deuxièmement, la méthode par laquelle le FAN entoure les ions lithium dans deux gaines permet une mobilité accrue des ions, une innovation qui pourrait transformer la performance des batteries dans le froid.
La recherche suggère également que cette approche pourrait être généralisée à d’autres types d’électrolytes pour batteries métal-ion, ce qui ouvrirait la voie à des améliorations dans diverses applications au-delà du lithium-ion, y compris dans les batteries destinées au stockage d’énergie renouvelable. Cela représente une avancée significative pour les régions froides où le stockage d’énergie est crucial pour compenser les variations de production d’énergie, notamment en hiver.
Bien que la technologie soit encore loin de la production de masse et nécessite des recherches supplémentaires pour valider sa viabilité à grande échelle, cette découverte ouvre donc des perspectives nouvelles et passionnantes pour l’avenir de l’électrification dans des conditions extrêmes.
Les détails de l’étude sont publiés dans la revue Nature.
