En combinant une densité d’énergie élevée et des temps de charge rapides, un nouveau prototype de batterie pourrait rapprocher les véhicules électriques de leur utilisation courante.
Des batteries plus grandes, capables de stocker davantage d’énergie, ne sont qu’une partie du puzzle lorsqu’il s’agit de favoriser l’adoption généralisée des véhicules électriques. Les scientifiques s’efforcent également de réduire au minimum les temps de branchement futurs grâce aux progrès de la technologie de charge rapide. Les scientifiques de l’université d’État de Pennsylvanie sont à la pointe de ce domaine depuis un certain temps et présentent aujourd’hui une autre avancée significative, en démontrant une batterie à haute densité qui peut être rechargée en 10 minutes environ.
Dirigée par Chao-Yang Wang, cette avancée provient d’une équipe d’ingénieurs responsable de quelques percées impressionnantes ces dernières années. En 2016, l’équipe s’est attaquée au problème des performances limitées des batteries au lithium en climat froid en intégrant un mécanisme d’autorégulation de la température. Celui-ci était centré sur une feuille de nickel qui réchauffe rapidement la batterie à des températures négatives, lui permettant de fonctionner normalement.
En 2019, l’équipe a exploité cette technologie pour charger un prototype de batterie au lithium à des températures élevées, des conditions qui l’auraient normalement dégradée. Là encore, il s’agissait d’utiliser une fine feuille de nickel, à travers laquelle les électrons circulent pour chauffer rapidement la batterie en seulement 30 secondes, avant de la refroidir à nouveau rapidement. Cette méthode a permis à la batterie de profiter de la charge plus rapide offerte par les températures élevées, sans pour autant la dégrader.
Cette recherche a démontré qu’une batterie de véhicule électrique pouvait être rechargée en 10 minutes pour offrir une autonomie comprise entre 320 et 480 km. Les scientifiques ont continué à perfectionner cette technologie et, dans une recherche récemment publiée, ils ont combiné ce temps de charge rapide avec une densité d’énergie plus élevée dans un nouveau prototype de batterie.
La dernière version de la batterie présente une densité d’énergie de 265 Wh/kg, soit une amélioration par rapport aux 209 Wh/kg de la version précédente. Cette densité énergétique et ce temps de charge court sont décrits comme une combinaison record et pourraient ouvrir des possibilités intéressantes dans la conception des véhicules électriques, selon l’équipe.
« Le besoin de batteries plus petites et à chargement plus rapide est plus grand que jamais », a déclaré Chao-Yang Wang. « Il n’y a tout simplement pas assez de batteries et de matières premières critiques, en particulier celles produites au niveau national, pour répondre à la demande prévue. »
La batterie a pu être chargée à 70 % en 11 minutes pendant 2 000 cycles, ce qui, selon l’équipe, équivaut à un demi-million de kilomètres parcourus uniquement grâce à la charge rapide. Elle considère que cette nouvelle technologie de batterie ouvre la voie à des batteries moins chères, plus petites et denses en énergie, qui peuvent être rechargées rapidement pour permettre aux gens de rester en mouvement. Cela dépendrait de l’accès généralisé à l’infrastructure de recharge appropriée, mais s’il suffit d’un arrêt de 10 minutes, on peut imaginer que cette technologie sera populaire dans les villes.
« Notre technologie de recharge rapide fonctionne avec la plupart des batteries à forte densité énergétique et ouvre une nouvelle possibilité de réduire la taille des batteries des véhicules électriques de 150 à 50 kWh sans que les conducteurs aient peur de l’autonomie », souligne Chao-Yang Wang. « Les batteries plus petites et à charge rapide réduiront considérablement le coût des batteries et l’utilisation de matières premières critiques telles que le cobalt, le graphite et le lithium, permettant ainsi l’adoption massive de voitures électriques abordables. »
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05281-0#additional-information
