Cette découverte scientifique pourrait améliorer les performances des batteries à l’état solide

Les chercheurs américains du laboratoire national d’Oak Ridge ont mis au point un électrolyte solide mince et flexible. Une découverte qui pourrait bien changer l’avenir de l’industrie automobile. Avec une mise en application dans le monde réel, la densité énergétique des batteries pourrait être doublée.

Trouver l’épaisseur idéale de l’électrolyte

Une équipe de l’Oak Ridge National Laboratory (ORNL) vient de publier une étude passionnante sur les électrolytes. Qu’elle soit solide ou liquide, cette substance conductrice est indispensable au bon fonctionnement d’une batterie. L’électrolyte permet de faire passer les ions entre l’anode et la cathode. Dans le cadre de leurs recherches, les scientifiques ont cherché à déterminer l’épaisseur idéale de l’électrolyte afin d’optimiser la conduction ionique et la résistance structurelle.

Les électrolytes solides actuels utilisent un polymère plastique qui conduit les ions, mais leur conductivité est bien inférieure à celle des électrolytes liquides. C’est pourquoi certaines entreprises s’intéressent aussi aux électrolytes semi-solides. Les chercheurs de l’ORNL se sont concentrés sur la technologie à l’état solide, réputée pour son haut potentiel en termes de sécurité. En effet, le caractère inflammable de l’électrolyte liquide est souvent critiqué.

Les scientifiques ont donc mis au point un électrolyte solide à base de sulfure avec une conductivité ionique comparable à celle de l’électrolyte liquide. Pour Guang Yang, auteur principal de l’étude, « cette découverte est très intéressante car les composés sulfurés créent un chemin conducteur qui permet au lithium de se déplacer dans les deux sens pendant le processus de charge/décharge ».

Une densité énergétique proche des 500 Wh/kg

Ils ont également découvert que « le poids moléculaire du liant polymère est essentiel à la fabrication de films d’électrolytes solides durables ». En effet, les chercheurs expliquent que « les films fabriqués à partir de liants légers avec des chaînes de polymères plus courtes n’ont pas la force nécessaire pour rester en contact avec le matériau électrolytique ». Au contraire, les films fabriqués à partir de liants plus lourds ont une intégrité structurelle plus élevée.

L’objectif de l’étude était de « minimiser le liant polymère parce qu’il ne conduit pas les ions », précise le professeur Yang. « La seule fonction du liant est de fixer les particules d’électrolyte dans le film. L’utilisation d’une plus grande quantité de liant améliore la qualité du film mais réduit la conduction des ions. Inversement, l’utilisation d’une quantité moindre de liant améliore la conduction des ions mais compromet la qualité du film ».

Cette étude permettra probablement le développement de batteries nouvelle génération à l’état solide, plus fiables et plus efficaces. À terme, la densité énergétique pourrait être doublée pour atteindre « au moins 500 Wh/kg ». De telles cellules devraient pouvoir augmenter la densité énergétique (et donc la durée d’utilisation entre deux processus de charge) dans les véhicules électriques, mais aussi dans les ordinateurs portables ou les smartphones.