Les batteries au lithium ont marqué un tournant dans l’histoire des appareils électroniques. Malheureusement, ces dernières présentent tout de même un défaut de taille: elles ne sont pas résistantes dans le temps. Au fur et à mesure des cycles charges/décharges, leur autonomie diminue. Mais cela pourrait être réversible – dans une certaine mesure -, selon une nouvelle étude.
On le sait, l’un des gros points faibles – si ce n’est LE point faible – des smartphones et autres appareils portables est l’autonomie de leur batterie au lithium-ion qui, au fil du temps, mais surtout des cycles charges/décharges, se réduit. Augmenter la capacité des batteries ou le temps de recharge n’y changera rien et pourrait même accélérer le processus dans le second cas. Alors, comment faire ? Des chercheurs de l’Université de Stanford se sont penchés sur les dépôts qui se formaient à mesure que l’autonomie des batteries se détériorait et ils semblent avoir trouvé une solution pour contrer ce phénomène.
Exploiter à nouveau le lithium
Au fur et à mesure des cycles de charge et décharge, des amas de lithium se forment dans les batteries ce qui réduit la capacité de leur accumulateur et augmente le risque de court-circuit. Les chercheurs ont tenté de comprendre le fonctionnement de cet amas, mais aussi son impact sur les batteries en les étudiant de près. Pour faciliter cette mission, ils ont élaboré une batterie transparente de manière à pouvoir observer ce qu’il se passait à l’intérieur des batteries. Ils ont ainsi remarqué que les amas de lithium ne sont pas complètement « morts », qu’il suffisait de les reconnecter électriquement pour les réactiver.
Le professeur Yi Cui qui a dirigé la recherche est parti de l’hypothèse que cibler les amas isolés de lithium avec une tension pourrait les remettre en action et les faire se déplacer physiquement entre les deux électrodes. Or, en observant ce qu’il se passait à l’intérieur d’une batterie en charge, il s’est rendu compte que ces débris rampaient en réalité très lentement vers l’une des électrodes durant la charge, puis vers l’autre durant la décharge.
« C’est comme un ver très lent qui avance la tête et tire la queue pour se déplacer nanomètre par nanomètre », explique Cui. « Dans ce cas, il se transporte en se dissolvant à une extrémité et en déposant du matériau à l’autre extrémité. Si nous pouvons garder le ver de lithium en mouvement, il finira par toucher l’anode (l’une des deux électrodes) et rétablira la connexion électrique. »
Rétablir la connexion
Les chercheurs ont réalisé plusieurs simulations informatiques pour voir si la connexion pouvait bel et bien être rétablie en modifiant le processus de charge. « Nous avons découvert que nous pouvions déplacer le lithium ‘détaché’ vers l’anode pendant la décharge et que ces mouvements étaient plus rapides sous des courants plus élevés », explique l’auteur de l’étude Fang Liu. « Nous avons donc ajouté une étape de décharge rapide à courant élevé juste après la charge de la batterie, ce qui a déplacé le lithium isolé suffisamment loin pour le reconnecter à l’anode. Cela réactive le lithium pour qu’il puisse participer à la vie de la batterie. «
En procédant de la sorte, en récréant une connexion, les chercheurs sont parvenus à augmenter la durée de vie de la batterie de tests de 30%, ce qui est plutôt pas mal. Cette percée scientifique pourrait aider à augmenter la durée de vie des batteries à charge rapide actuelles. Cela profiterait aux smartphones, mais surtout aux véhicules électriques. Leur manque d’autonomie est l’un de leurs principaux défauts. Pallier ce problème pourrait booster le marché des voitures électriques.