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De nouvelles recherches montrent comment le revêtement d’une batterie avec une couche très fine de borate-carbonate de lithium peut entraîner une augmentation de 500 % des taux de charge lorsque les températures tombent en dessous du point de congélation.

Les véhicules électriques pourraient se recharger 500 % plus rapidement par temps froid grâce à un nouveau procédé de fabrication, selon une étude.

Dans une nouvelle étude publiée le 17 mars dans la revue Joule, des scientifiques expliquent comment ils ont pu améliorer sensiblement les taux de charge des batteries lithium-ion à des températures aussi basses que 14 degrés Fahrenheit (moins 10 degrés Celsius) en modifiant la conception structurelle de la batterie et en modifiant les réactions chimiques qui se produisent pendant la charge.

Les chercheurs sont parvenus à « réaliser simultanément une charge extrêmement rapide à basse température, sans sacrifier la densité énergétique de la batterie lithium-ion », a déclaré Neil Dasgupta, auteur de l’étude et professeur agrégé d’ingénierie mécanique et de science des matériaux à l’université du Michigan, dans un communiqué.

Les températures froides limitent les taux de charge et réduisent l’efficacité énergétique globale en raison des processus chimiques en jeu pendant la charge.

Les batteries fonctionnent en déplaçant des ions lithium entre deux plaques d’électrodes dans une solution électrolytique liquide. Ce processus est efficace à des températures plus chaudes, mais dans des conditions plus froides, le liquide électrolytique s’épaissit, réduisant les courants électriques et prolongeant ainsi les temps de charge.

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Les fabricants ont abordé ce problème de plusieurs manières, notamment en augmentant l’épaisseur des électrodes utilisées dans les cellules des batteries ou en modifiant la structure de la batterie elle-même. Mais ces mesures n’ont fait qu’exacerber le problème. Une étude réalisée en 2023 sur l’efficacité des batteries lithium-ion a montré que les modifications apportées à la composition des électrolytes entravaient les capacités de charge rapide, par exemple.

Les chercheurs créent de nouvelles « voies » pour les ions
Dans une étude précédente publiée en 2020, les chercheurs ont créé ce qu’ils ont décrit comme de nouvelles « voies » dans l’anode – l’électrode qui reçoit les ions lithium pendant la charge et envoie les électrons vers la cathode à l’extrémité opposée.

Pour créer ces voies, les chercheurs ont utilisé des lasers pour percer des trous dans les couches de graphite de l’anode, ce qui a permis aux ions lithium de se déplacer plus rapidement, ce qui signifie qu’ils ont pu s’intégrer plus rapidement dans l’électrode.

Ce projet antérieur a permis d’accélérer les temps de charge, mais par temps froid, il a créé une accumulation de lithium sur l’anode. Ce « placage » empêchait l’électrode de réagir avec le liquide électrolytique.

« Ce placage empêche l’électrode entière d’être chargée, ce qui réduit à nouveau la capacité énergétique de la batterie », a déclaré à Live Science Manoj Jangid, coauteur de l’étude et chargé de recherche à l’université du Michigan.

Pour empêcher la formation de cette couche, les auteurs de la nouvelle étude ont recouvert la batterie d’un matériau de 20 nanomètres d’épaisseur à base de borate-carbonate de lithium. Des recherches antérieures sur les batteries à l’état solide ont montré que ce matériau améliorait l’efficacité de l’acheminement des ions.

Dans ce cas, le revêtement, combiné à la technique des voies d’accès, a permis d’augmenter de 500 % l’efficacité de la charge à des températures inférieures à zéro, ont indiqué les chercheurs. Les batteries modifiées à l’aide de ces techniques ont également conservé 97 % de leur capacité, même lorsqu’elles ont été chargées rapidement jusqu’à 100 fois à des températures inférieures au point de congélation.

Bien que l’étude ait été de portée limitée, M. Dasgupta a déclaré que les changements sont faciles à mettre en œuvre au niveau de la fabrication et qu’ils pourraient avoir des implications de grande envergure.

« Nous pensons que cette approche pourrait être adoptée par les fabricants de batteries pour véhicules électriques sans qu’il soit nécessaire d’apporter des modifications majeures aux usines existantes », a déclaré M. Dasgupta.

Adaptation Terra Projects

Source : https://www.livescience.com

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