Selon une étude du Rensselaer Polytechnic Institute de New York, il est possible de créer une batterie lithium-ion capable de se recharger en quelques minutes et de continuer à fonctionner à haute capacité. Ce développement pourrait améliorer les performances des batteries pour l’électronique grand public et pour les voitures électriques ainsi que le stockage de l’énergie solaire.

Dans une batterie lithium-ion traditionnelle, l’anode est en graphite. La cathode est composée d’oxyde de lithium et de cobalt.

« Ces matérieux fonctionnent bien ensemble. Les batteries lithium-ion ont gagné en popularité. Toutefois, leur fonctionnement pourrait encore être amélioré », expliquent les chercheurs. « Pour améliorer les batteries, il faut améliorer les matériaux utilisés pour les électrodes », a déclaré Nikhil Koratkar, professeur en génie mécanique du Rensselaer. « Ce que nous essayons de faire, c’est d’améliorer la performance de la technologie lithium-ion.”

Durant leur étude, Koratkar et son équipe ont amélioré les performances de la batterie en remplaçant l’oxyde de cobalt par du disulfure de vanadium (VS2).

Instabilité

« Cela vous donne une densité d’énergie plus élevée car ce matériau est léger. La capacité de charge est également plus rapide car le VS2 est très conducteur », explique Koratkar.

L’enthousiasme suscité par le potentiel du VS2 n’a cessé de croître ces dernières années. Cependant, jusqu’à présent, les chercheurs ont dû faire face à son instabilité. Cette caractéristique réduirait la durée de vie de la batterie. Les chercheurs du Rensselaer ont cependant trouvé la cause de cette instabilité. Ils ont également mis au point un moyen d’y remédier.

L’équipe a déterminé que l’insertion de lithium causait une asymétrie dans l’espacement entre les atomes de vanadium. Cette asymétrie est responsable de la rupture des flocons de vanadium. Le fait de recouvrir les flocons d’un revêtement nanocouche de disulfure de titane (TiS2) stabiliserait les flocons VS2 et améliorerait leurs performances.

Applications

La petite taille et le poids du vanadium et du soufre permettent de fournir une capacité et une densité d’énergie élevées. Leur petite taille contribuerait également à la conception d’une batterie compacte.

Cette découverte pourrait permettre d’améliorer les batteries des voitures, l’énergie des appareils électroniques portables ainsi que le stockage de l’énergie solaire. Pour ces domaines dont la capacité est élevée, une vitesse de charge accrue est également intéressante, a encore expliqué Koratkar.