Pour faire durer une batterie, on pense souvent à de nouveaux matériaux, à une meilleure chimie ou à des procédés plus complexes. Une équipe de l’Université de Cambridge a choisi une autre voie : regarder ce qui se passe physiquement dans la batterie quand elle se charge et se décharge.
Ni trop, ni trop peu
Une batterie lithium-ion contient une anode, une cathode et un électrolyte. À chaque cycle, les ions lithium passent d’un côté à l’autre. Ce mouvement provoque une légère dilatation, puis une contraction de la batterie. Michael De Volder, professeur au département d’ingénierie de Cambridge, compare ce phénomène à une respiration. Sauf que les batteries, elles, apprécient moyennement ces allers-retours mécaniques. « Les batteries n’aiment pas vraiment ce cycle de stress et de relâchement », explique-t-il.
Avec son équipe, il a donc voulu tester l’effet de la pression sur leur durée de vie. Pas besoin de formule magique ni de nouvelle recette chimique : les chercheurs ont utilisé des batteries commerciales. « Nous n’avons rien eu à changer à leur électrolyte ou à la composition de leurs électrodes », précise Michael De Volder.
Pour l’expérience, ils ont conçu un appareil qui comprime une cellule de type « pouch cell » à l’aide de soufflets pneumatiques, de petits coussins remplis d’air. Le dispositif maintient une pression continue, pendant qu’un capteur suit les minuscules variations de volume au fil des charges et décharges. Les chercheurs ont trouvé une zone idéale autour de 12,5 bar, soit environ quatre fois la pression standard utilisée dans les piles bouton conventionnelles. À ce niveau, la durée de vie des batteries pourrait être doublée, selon leurs résultats publiés dans Nature Energy.
Mais il ne suffit pas d’appuyer plus fort en espérant mieux faire. Si la pression est trop élevée, du lithium peut se déposer sur l’anode. Si elle est trop faible, la cathode risque de se fissurer. « Si vous appuyez trop fort, l’anode est mécontente. Si vous n’appuyez pas assez, la cathode commence à se dégrader », résume Michael De Volder.
L’idée pourrait avoir un intérêt particulier pour les voitures électriques, notamment sur le marché de l’occasion. Une batterie qui dure plus longtemps, c’est un véhicule qui garde mieux sa valeur, moins de matériaux à recycler et moins de matières premières à extraire, comme le nickel ou le cobalt. Il faudra toutefois patienter avant de voir cette technologie dans des véhicules de série. Les tests ont été menés en laboratoire et devront être adaptés à une production commerciale. Un brevet a déjà été déposé par Cambridge Enterprise, la branche innovation de l’université.
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