Des batteries de téléphone ou d’ordinateurs qui se rechargent en quelques dizaines de secondes, tout en étant plus petites et plus légères ? D’après des chercheurs du MIT cela serait possible dans avenir assez proche. La technologie qu’ils ont mise au point ne change pas drastiquement des batteries actuelles que nous utilisons, les batteries Lithium Ion. En effet, le matériau utilisé est le Lithium Fer Phosphate, LiFePO4 et l’approche ne requiert que de simples changements dans le procédé de production de ce matériau déjà bien connu. Tout ça joue en la faveur d’une commercialisation qui ne prendrait pas plus de deux ou trois ans, selon le responsable de la recherche Gerband Ceder.
Comme toutes les batteries Lithium Ion, le LiFePO4 absorbe et délivre de l’énergie par l’extraction simultanée et respectivement l’insertion d’ions Li+ et d’électrons. Ainsi, la capacité à fournir de la puissance et à se recharger dépend de la vitesse de déplacement des ions Li+ et des électrons à travers l’électrolyte et à travers le matériau des électrodes. Les simulations faites par les chercheurs Byoungwoo Kang et Gerbrand Ceder montrent que les ions et les électrons se déplacent intrinsèquement vite, donc la limite à leur déplacement rapide dans les batteries actuelles se situe autre part : ils ont mis en évidence que les particules chargées se déplacent dans des sortes de tunnels à travers le matériau, dont les entrées et les sorties se situent sur la surface. Si les particules ne sont pas en face de ces entrées, elles ne peuvent pas se déplacer. Le LiFePO4 nanostructuré permet d’obtenir selon l’expression des chercheurs un "beltway", littéralement "boulevard périphérique", permettant une mobilité importante des ions et électrons en surface du matériau. Un prototype de batterie de ce type pourrait se charger en moins de 20 secondes, contre 6 minutes avec un matériau non modifié.
La plupart des batteries commercialisées sont faites de Lithium Cobalt, mais le LiFePO4 ne souffre pas de surchauffe, ce qui a déjà entraîné la destruction d’ordinateurs portables ou autres baladeurs mp3. Même s’il est peu cher, le LiFePO4 n’a pas jusqu’à maintenant retenu l’attention car le Lithium Cobalt peut stocker plus de charge pour un poids donné. Cependant, les chercheurs ont découvert que leur nouveau matériau ne perd pas sa capacité de charge avec le temps alors que les batteries standard ont une durée de vie plus limitée. Cela signifie que l’excès de matériau nécessaire pour les batteries standards pour compenser leur dégradation avec le temps ne sera plus nécessaire, rendant les batteries plus petites et plus légères avec des performances de charge et de décharge très importantes. Charger des batteries en quelques secondes au lieu de plusieurs heures va permettre un changement des habitudes quotidiennes, et donc permettra de nouvelles applications technologiques. En effet, la vitesse d’évolution de l’électronique est limitée par la capacité des batteries. Seulement 360W sont nécessaires pour charger une batterie de téléphone portable de 1Wh en 10 secondes.
Par ailleurs, cette technologie pourrait également bouleverser l’automobile: décharger une batterie en quelques secondes, c’est disposer de la puissance immédiate qui fait défaut aux véhicules électriques actuels. La charger en quelques minutes au lieu d’y passer la nuit permet d’envisager sereinement de longs trajets ; encore faut-il, bien entendu, que le réseau électrique fournisse une puissance suffisante pour permettre cette charge rapide. En effet, 180kW sont nécessaires pour charger une batterie de 15kWh (batterie pour véhicules hybrides électriques) en cinq minutes, ce qui implique l’utilisation de stations d’énergie électriques pour recharger les voitures hybrides électriques. Certains constructeurs ont cependant déjà investi dans des batteries à charges rapide. Utilisant la technologie d’Altair Nanotechnologies, Phoenix Motorcars [1] a construit un prototype de voiture électrique, autonome sur 160 km pouvant être rechargée en seulement 10 minutes. Selon Ceder, de telles batteries pourraient être sur le marché d’ici deux à trois ans.
Ce projet a été financé par la National Science Foundation, à travers le "Materials Research Science and Engineering Centers program" et le "Batteries for Advanced Transportation Program" de l’US Department of Energy.
Source :
– "Battery that charges in seconds", BBC news, 11 Mars 2009 – https://news.bbc.co.uk/1/hi/sci/tech/7938001.stm
– "Nanoball Batteries Could Charge Electric Cars in 5 Minutes", Physorg 12 Mars 2009 – https://www.physorg.com/news156097422.html
– "Researchers create ultra-fast charging Li-ion batteries" Mobile Burn, 12 Mars 2009 – https://www.mobileburn.com/news.jsp?Id=6579
– "A Rapid-Recharge Lithium Battery" – Samuel K. Moore – March 2009 – https://www.spectrum.ieee.org/mar09/8149
Pour en savoir plus, contacts :
– Publication dans nature, accéssible sur : https://www.nature.com/nature/journal/v458/n7235/abs/nature07853.html
– Sur les batteries Lithium Ion : https://en.wikipedia.org/wiki/Lithium_ion_battery
– [1] "Phoenix Motorcars Places Order with Altair Nanotechnologies" – https://www.phoenixmotorcars.com/news-and-events/releases/2006/pr-060705.php
Code brève
ADIT : 58303
Rédacteur :
Alban de Lassus, [email protected] – Arnaud Souillé ; [email protected]
