Si l'on souhaite prolonger l'autonomie d'une batterie, il semble tout à fait logique de se tourner vers le tableau périodique pour trouver une solution innovante. Mais peut-être que la solution est bien plus simple. Des chercheurs de l'université de Cambridge ont appliqué une pression et ont constaté une amélioration significative de la durée de vie des cellules.

De meilleures performances sous pression ? Il semblerait que les batteries, elles aussi, tirent profit de ce principe. Ces résultats ont été publiés dans une nouvelle étude parue dans *Nature Energy*. Les chercheurs ont découvert que lorsqu’une cellule lithium-ion de type « pouch » est soumise à une force physique constante et soigneusement calibrée, sa durée de vie peut doubler. Il s’agit bien sûr d’une avancée considérable.

Soufflets pneumatiques

Le professeur Michael De Volder, ingénieur en mécanique à Cambridge et co-responsable de ces travaux, l’a dit sans détour. “ Nous avons simplement acheté des batteries disponibles dans le commerce et testé leur durée de vie sous différentes pressions ”, a-t-il déclaré dans le communiqué de presse officiel. “ Nous n’avons pas eu à modifier quoi que ce soit concernant la composition de leur électrolyte ou de leurs électrodes. ”

Mais comment l'autonomie de la batterie peut-elle doubler sans modifier sa composition chimique ? La réponse réside dans un ensemble de soufflets pneumatiques. Il s'agit essentiellement de petits coussins gonflés d'air qui font office de pinces à réglage automatique.

Les chercheurs ont mis au point un dispositif sur mesure permettant d'exercer une pression continue sur une cellule de type « pouch », tandis que des capteurs enregistraient les variations de volume infimes au cours des cycles de charge et de décharge.

Lorsque les ions lithium se déplacent entre l'anode et la cathode, la cellule se dilate et se contracte physiquement. “ C'est presque comme si elle respirait ”, explique De Volder. Et comme il le fait remarquer, les batteries “ n'apprécient généralement pas ce cycle de contrainte et de relâchement ”.”

L'équipe a découvert que la pression idéale se situait à environ 12,5 bars. Cela représente environ quatre fois la pression habituelle et, pour être honnête, c'est d'une dureté impitoyable.

Selon le rapport, il est également très important de rester dans cette fourchette étroite, sinon la situation empire au lieu de s'améliorer. Une pression trop élevée provoque un dépôt de lithium sur l'anode. Une pression trop faible entraîne la fissuration de la cathode. Ce qui compte, c'est une pression constante. “ Nos expériences ont permis de déterminer quel est le ‘ point idéal ’ pour les batteries en matière de pression ”, a déclaré De Volder. 

Moins de dégradation, plus de confiance dans les véhicules électriques

Un doublement de la durée de vie est tout simplement spectaculaire. Les modifications classiques apportées aux matériaux permettent généralement d'obtenir des améliorations de l'ordre de 5 à 10 %. Les retombées pourraient également être très positives.

Cela ferait grimper les prix déjà en difficulté des véhicules électriques d'occasion et ralentirait l'afflux de batteries sur le marché du recyclage, qui peine à atteindre une circularité totale.

C'est également ce que souligne De Volder. Les véhicules électriques permettent de réduire les émissions locales à l'échappement, mais “ nous devons veiller à ce que cela n'entraîne pas de nouvelles catastrophes écologiques dans d'autres régions du monde ”.”

Inévitablement, aucune invention révolutionnaire n’est sans inconvénient. Ces travaux n’ont été validés qu’à l’échelle du laboratoire. Cambridge Enterprise a déposé un brevet, mais transposer ce système de serrage pneumatique d’une simple cellule à un pack automobile complet représente un défi technique d’une tout autre ampleur.

Pendant ce temps, en Asie

Cambridge n'est pas la seule à chercher à prolonger l'autonomie des batteries sans changer de composition chimique. L'Institut coréen des sciences et technologies avancées (KAIST) a annoncé en début d'année qu'une refonte structurelle des électrolytes à l'état solide pouvait multiplier la conductivité par deux à quatre tout en utilisant des matières premières moins coûteuses. 

Par ailleurs, des chercheurs de l'université de Zhengzhou travaillent sur des batteries « auto-réparatrices » qui utilisent des polymères dynamiques et des métaux liquides pour réparer de manière autonome les fissures des électrodes, un concept qui pourrait limiter la dégradation causée par les dilatations et contractions répétées.

Aucun de ces modèles ne porte encore le logo d’un constructeur automobile, mais pris dans leur ensemble, ils laissent penser que les avancées les plus significatives à court terme pourraient provenir de la physique et de la mécanique, et non d’un nouvel élément utilisé pour la cathode.