Grâce à l’argent, une batterie atteint 467 Wh/kg : voici les conséquences pour la voiture électrique

Obtenir une batterie capable de stocker plus d’énergie sans augmenter son poids est l’une des principales préoccupations des développeurs. Mais il est peu utile d’atteindre des chiffres impressionnants si la capacité se perd rapidement lors des recharges. Une équipe de l’Université des sciences et technologies de Hong Kong a présenté une solution qui aborde ces deux problèmes en utilisant un additif à base d’argent.

Cette recherche, dirigée par le professeur Shao Minhua, a permis d’atteindre une densité énergétique de 467 Wh/kg dans une cellule de type poche. De son côté, une cellule bouton a conservé 90 % de sa capacité après 200 cycles.

Comment l’argent aide les batteries sans anode

Ce concept repose sur une architecture appelée « sans anode initiale ». Au lieu d’intégrer dès la fabrication un matériau actif dans l’électrode négative, on utilise un collecteur de courant en cuivre sur lequel le lithium est déposé pendant la charge. L’élimination de ce matériau initial permet de réduire le poids et ouvre la voie à une fabrication simplifiée.

Le problème apparaît lorsque le lithium commence à se déposer. La surface du cuivre ne favorise pas une répartition uniforme, ce qui peut entraîner la formation de dendrites, des structures ressemblant à des aiguilles qui détériorent le fonctionnement de la cellule et peuvent provoquer des courts-circuits internes. La stabilité de la couche protectrice qui se forme à la surface de l’électrode, connue sous le nom de SEI, est également cruciale.

Afin d’améliorer ce comportement, les chercheurs ont ajouté à l’électrolyte un additif multifonctionnel appelé AMI, qui contient des ions d’argent. Sa fonction dépasse le simple ajout d’un ingrédient à la mixture : il déclenche une série de processus après l’assemblage de la cellule afin de modifier le cuivre, de réguler le dépôt de lithium et de renforcer la protection de l’électrode.

Le argent facilite le dépôt du lithium de manière plus uniforme. En même temps, cet additif contribue à former une couche protectrice dont la partie intérieure est riche en composants organiques et la partie extérieure en composants inorganiques. L’objectif est de permettre le mouvement des ions et de maintenir une barrière stable lors des charges et décharges successives.

Cela s’accompagne d’une réaction de polymérisation dans l’électrolyte qui génère un gel quasi-solide. Celui-ci aide à maintenir le contact entre l’électrode et l’électrolyte, l’un des points sensibles de ces batteries. Nous ne sommes donc pas face à une batterie entièrement à électrolyte solide, mais plutôt à une configuration quasi-solide visant à améliorer la stabilité de ses interfaces.

Ce que montrent les essais et ce qui reste à résoudre

L’étude originale, publiée dans Nature Communications, apporte un élément important : la conservation de 90 % a été obtenue avec une cellule au cathode LFP testée à 0,1 C, un rythme lent qui ne permet pas de tirer des conclusions concernant la charge rapide. La cellule de type pouch, d’environ 2 Ah et au cathode NCM811, a atteint 467 Wh/kg, ce chiffre étant calculé sur le poids total de la cellule. Il s’agit de formats et de chimies différents.

Pour une voiture électrique, une plus grande énergie par kilo pourrait se traduire par une plus grande autonomie avec un poids similaire, ou par une batterie plus légère tout en conservant sa capacité. Mais cette valeur concerne une seule cellule : un pack complet doit intégrer une structure, des connexions, un système de refroidissement et des systèmes de contrôle, dont le poids compte également.

L’intérêt de ce travail réside dans la tentative de résoudre plusieurs problèmes grâce au même processus. Il reste maintenant à vérifier si cet avantage se maintient à mesure que la taille des cellules et les exigences d’utilisation augmentent, ainsi que le coût de sa mise en production. L’argent a donné des résultats intéressants en laboratoire ; son prochain test consistera à le conserver en dehors de celui-ci.

Source | Nature