Les batteries autocicatrisantes seraient-elles l’avenir de l’électromobilité?
L’un des principaux avantages des batteries lithium-métal est qu’elles offrent une densité énergétique très élevée. Elles sont donc extrêmement intéressantes pour les véhicules électriques et d’autres applications d’électromobilité, où la fourniture d’énergie sur de longues distances est cruciale. «L’un des défis posés par ces batteries est que leur durée de vie est encore relativement courte», note Marja Vilkman, coordinatrice du projet HIDDEN, du Centre de recherche technique VTT, en Finlande. «Ce fait s’explique en partie par l’instabilité de l’interface entre l’anode lithium-métal et l’électrolyte.» Marja Vilkman ajoute que, sans intervention, des brins de lithium métallique, appelés dendrites, commenceront à «croître» à partir de l’anode au cours des cycles de charge et de décharge. Cette situation entraîne à terme un court-circuit.
Développer un nouvel électrolyte autocicatrisant
Le projet HIDDEN, financé par l’UE, a pour objectif de développer des méthodes d’autocicatrisation afin d’empêcher la croissance de ces dendrites. «Notre objectif était de créer une méthode utilisant un nouvel électrolyte liquide cristallin», explique Marja Vilkman. «Nous avons pensé que cela pourrait ralentir la croissance des dendrites, et même potentiellement briser les dendrites formées et guérir la batterie à la demande.» L’équipe du projet souhaitait également mettre au point un séparateur autocicatrisant doté de propriétés piézoélectriques, c’est-à-dire capable de générer une charge électrique. Il pourrait contribuer à ralentir la croissance des dendrites de manière autonome, sans intervention extérieure. «Nous avons commencé par synthétiser un nouvel électrolyte autocicatrisant, en utilisant la modélisation pour optimiser la structure moléculaire», explique Marja Vilkman. «Ce matériau a été essentiellement testé dans de petits éléments de batterie. Pour le séparateur autocicatrisant, nous avons recouru à un matériau disponible dans le commerce et créé un processus pour fabriquer un séparateur poreux à partir de ce matériau.» Ces processus ont été étendus au niveau des essais pilotes. Tous les matériaux ont été rigoureusement testés, et la capacité des réactions d’autocicatrisation a été analysée.
Augmenter la durée de vie des éléments de la batterie
L’équipe du projet a pu prouver dans de petites cellules d’essai que le concept original de prévention de la croissance des dendrites fonctionne. Il a même été possible de redonner vie à une cellule court-circuitée grâce au protocole d’autocicatrisation du projet. «Nous avons également montré qu’il était possible d’augmenter la durée de vie des cellules grâce à des séparateurs autocicatrisants», ajoute Marja Vilkman. Ces résultats pourraient ouvrir la voie à la fabrication de batteries lithium-métal à haute densité énergétique et à longue durée de vie. Les possibilités sont nombreuses, allant des batteries pour véhicules électriques à l’électronique portable, en passant par l’aviation. «Le projet a également contribué à faire connaître le rôle des batteries à un public plus large», fait remarquer Marja Vilkman. «Étant donné qu’il ne sera pas possible d’atteindre les objectifs de neutralité carbone de l’Europe sans l’acceptation par les citoyens des véhicules électriques ou des batteries, je pense qu’il peut être considéré comme un impact positif majeur.»
Recherche pionnière sur les batteries autocicatrisantes
À court terme, le projet a contribué à créer une communauté de recherche plus large autour des batteries autocicatrisantes. «Pour moi personnellement, il s’agit d’une réalisation importante», ajoute Marja Vilkman. «Nous avons pu former et attirer davantage de personnes pour travailler dans ce domaine, ce qui est essentiel pour l’industrie.» La recherche n’en étant qu’à ses débuts, Marja Vilkman note que des travaux supplémentaires sont nécessaires pour transposer le concept dans des cellules pratiques de qualité constante. «Nous avons toujours l’intention de publier d’autres résultats», précise-t-elle. «Nous espérons que nous, ou une autre organisation, serons en mesure d’utiliser le savoir-faire généré pour faire progresser la technologie. Nous recherchons actuellement des possibilités de financement pour poursuivre ce travail.»
Mots‑clés
HIDDEN, batteries, électromobilité, électrique, lithium, dendrites, électrolyte
