À l'heure où la demande en solutions de stockage d'énergie efficaces et durables atteint des sommets, une avancée majeure de l'École d'ingénierie et de sciences appliquées de l'Université Harvard établit une nouvelle référence dans le domaine des batteries. Les chercheurs ont dévoilé une batterie au lithium métal inédite capable de supporter au moins 6 000 cycles de charge et de décharge et de se recharger complètement en quelques minutes seulement. Cette révolution promet non seulement de transformer notre utilisation des batteries, mais ouvre également la voie à des applications plus concrètes dans des secteurs comme celui des véhicules électriques.
Au cœur de cette recherche se trouve la fabrication de batteries à l'état solide utilisant des anodes en lithium métal, une méthode qui a permis de mieux comprendre les matériaux pour des batteries potentiellement révolutionnaires. L'étude, récemment publiée dans « Nature Materials », met en lumière les progrès significatifs réalisés dans la compréhension et l'utilisation des anodes en lithium métal. Xin Li, l'auteur de l'article, a déclaré : « Les batteries à anodes en lithium métal sont considérées comme la solution idéale. Elles possèdent une capacité dix fois supérieure à celle des anodes en graphite commerciales, ce qui pourrait augmenter considérablement l'autonomie des véhicules électriques. Nos recherches constituent une étape cruciale vers des batteries à l'état solide plus pratiques pour les applications industrielles et commerciales. »
L'un des principaux défis liés à la conception de ces batteries réside dans la formation de dendrites à la surface de l'anode. Ces structures filiformes se développent dans l'électrolyte, perforant la barrière séparant l'anode et la cathode, ce qui peut entraîner des courts-circuits, voire des incendies. En 2021, Li et son équipe ont résolu ce problème en concevant une batterie multicouche, intercalant différents matériaux de stabilité variable entre l'anode et la cathode. Cette conception multicouche et multimatériaux n'a pas permis d'empêcher totalement la formation de dendrites de lithium, mais a contrôlé et limité leur progression.
Dans leurs dernières recherches, l'équipe a réalisé des progrès significatifs en incorporant des particules de silicium micrométriques à l'anode. Cette approche raccourcit la réaction de lithiation et favorise un dépôt électrolytique uniforme d'une couche épaisse de lithium métallique, empêchant ainsi la formation de dendrites. De plus, les processus de dépôt et de dissolution électrolytiques sont rapides sur les surfaces planes, permettant une charge complète de la batterie en seulement 10 minutes.
La phase expérimentale a permis de créer une pile de la taille d'un timbre-poste, soit 10 à 20 fois plus grande que la plupart des piles bouton produites dans les laboratoires universitaires. Fait remarquable, cette pile a conservé 80 % de sa capacité même après 6 000 cycles, surpassant ainsi les autres piles de ce type actuellement disponibles sur le marché.
Cette innovation issue de Harvard représente bien plus qu'une simple réussite académique ; elle marque une avancée majeure dans le domaine des batteries. Grâce à sa capacité, sa sécurité et son efficacité accrues, la batterie au lithium métal développée par Li et son équipe a le potentiel de révolutionner le stockage et l'utilisation de l'énergie, notamment dans les véhicules électriques, et constitue une étape importante vers un avenir plus durable et économe en énergie.
Date de publication : 12 janvier 2024
