Des chercheurs du monde entier sont à la recherche de batteries plus compactes et plus légères que les versions actuelles, permettant aux voitures électriques de voyager plus loin ou aux appareils électroniques portables de fonctionner plus longtemps sans recharger leurs batteries. Des chercheurs du MIT et de la Chine affirment avoir récemment réalisé une avancée majeure dans ce domaine, avec une nouvelle version d’un composant clé des piles au lithium, la cathode.
Il s’agirait d’une cathode « hybride » qui combine les aspects de deux approches différentes qui ont déjà été utilisées, l’une pour augmenter le rendement énergétique par livre (densité d’énergie gravimétrique), l’autre pour l’énergie par litre (énergie volumétrique). Les travaux qui ont conduit à cette percée ont été récemment décrits dans un article de la revue Nature Energy, signé par Ju Li, professeur au MIT, Weijiang Xue, un postdoc du MIT, et 13 autres contributeurs.
Dans leur nouveau système hybride, les chercheurs du MIT ont réussi à combiner les deux approches dans une nouvelle cathode incorporant à la fois un type de sulfure de molybdène appelé phase de Chevrel et du soufre pur, qui semblent fournir les meilleurs aspects des deux. Ils ont utilisé des particules des deux matériaux et les ont comprimées pour obtenir la cathode solide.
Parmi les autres avantages, « la conductivité électrique du matériau combiné est relativement élevée, ce qui réduit les besoins en carbone et le volume global, explique Ju Li. Les cathodes de soufre typiques sont composées de 20 % à 30 % de carbone, ajoute-t-il, alors que la nouvelle version ne nécessite que 10 % de carbone.
L’effet net de l’utilisation du nouveau matériel est considérable. Les batteries lithium-ion commerciales actuelles peuvent avoir une densité énergétique d’environ 250 wattheures par kilogramme et 700 wattheures par litre, alors que les batteries lithium-soufre atteignent environ 400 wattheures par kilo mais seulement 400 wattheures par litre. La nouvelle cellule, dans sa version initiale qui n’a pas encore subi de processus d’optimisation, peut déjà atteindre plus de 360 wattheures par kilogramme et 581 wattheures par litre. « Nous pensons pouvoir atteindre 400 wattheures par kilogramme et 700 wattheures par litre », soutient Ju Li, ce dernier chiffre étant équivalent à celui du lithium-ion.
Jusqu’à présent, la nouvelle cellule ne peut pas tout à fait respecter la longévité des batteries lithium-ion en termes de nombre de cycles de charge-décharge qu’elle peut effectuer avant de perdre trop de puissance pour être utile. Mais cette limitation n’est « pas le problème de la cathode ». Il s’agit de la conception générale des cellules, et « nous y travaillons », mentionne Ju Li. Même dans sa forme actuelle, dit-il, « cela peut être utile pour certaines applications de niche, comme un drone à longue portée », où le poids et le volume importent plus que la longévité.
http://news.mit.edu
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