Nouvelles avancées dans la recherche sur l'optimisation des batteries lithium-air - L'EnerGeek

Nouvelles avancées dans la recherche sur l’optimisation des batteries lithium-air

batterie_lithium_air_oxygène_photo_MITLes batteries lithium-air sont considérées comme des technologies très prometteuses, pour les voitures électriques et les appareils électroniques portables, en raison de leur rendement énergétique élevé. Elles présentent toutefois des inconvénients assez importants, entre les déperditions d’énergie injectée sous forme de chaleur, les dégradations plus ou moins rapides et le coût des composants. Des difficultés qui empêchent pour l’instant leur développement commercial, mais pour lesquelles les chercheurs du MIT (Massachusetts Institute of Technology) pourraient bien avoir trouvé une solution via l’adoption d’un composant solide mêlant lithium et oxygène baptisé « nanolithia ».

Lithium-air : des batteries toujours instables

Les batteries lithium-air utilisent l’oxygène de l’air comme matière première. Lorsqu’elles se déchargent, les ions lithium transitent de l’anode vers la cathode et réagissent alors avec l’oxygène de l’air, qui est dissout dans l’électrolyte. Dans le même temps, les électrons se déplacent, formant un courant électrique.

Ce dispositif implique néanmoins que la batterie ne soit pas fermée, mais ouverte, avec une prise d’air pour permettre de renouveler l’oxygène qui doit constamment être transféré de et vers la cellule. L’oxygène doit en outre changer d’état et passer de l’état gazeux à l’état solide, pour s’associer avec le lithium et stocker l’énergie, puis à nouveau repasser à l’état gazeux pour libérer sa charge. Ce processus soumet l’enveloppe de la batterie à de fortes contraintes physiques et à des risques de corrosion et de détérioration rapide.

Lire aussi : Le Royaume-Uni renforce ses capacités de stockage par batterie

L’inadéquation des tensions (la tension de sortie est généralement inférieure de 1,2 volt à celle utilisée pour la charge) dénote également une perte significative de puissance dans chaque cycle de charge. « Vous perdez 30 % de l’énergie électrique en chaleur dans la charge et la batterie peut effectivement brûler si vous chargez trop vite », explique le professeur Ju Li, en charge du projet au MIT.

Une batterie fermée plus efficace

Dans la nouvelle variante étudiée au MIT, les mêmes genres de réactions électrochimiques ont lieu entre le lithium et l’oxygène pendant le chargement et le déchargement, mais elles se déroulent sans jamais laisser l’oxygène revenir à sa forme gazeuse. L’oxygène reste à l’intérieur du solide et s’associe avec le lithium sous la forme d’un matériau similaire au verre baptisé « nanolithia » et confiné étroitement dans une matrice d’oxyde de cobalt. L’oxyde de cobalt, matériau très spongieux composé de pores de quelques nanomètres de diamètre, permet ici de stabiliser les particules de nanolithia d’ordinaire très instables. La matrice maintient les particules et agit comme catalyseur de leur transformation.

En stockant l’oxygène sous forme solide, ce procédé permet notamment d’éviter de filtrer l’humidité de l’oxygène dans un système ouvert. Comme l’explique le professeur Ju Li, les batteries lithium-air classiques sont « des batteries d’oxygène lithium-sec, elles ne peuvent pas vraiment gérer l’humidité ou le dioxyde de carbone alors qu’il est impératif de les séparer de l’air entrant dans les batteries. Vous avez besoin de grands systèmes auxiliaires pour éliminer le dioxyde de carbone et l’eau, et il est très difficile de le faire. Mais notre nouvelle batterie, qui n’a jamais besoin d’aspirer l’air extérieur, contourne ce problème ».

Ce dispositif permet enfin de limiter considérablement la perte de tension. La chute de tension est divisée par cinq (de 1,2 volt à 0,24 volt) réduisant les pertes d’énergie sous forme de chaleur à seulement 8 % contre 30 % auparavant. Selon ces scientifiques, ce prototype de batterie ne perdrait en plus que 2 % de sa capacité après 120 cycles de charge-décharge, et promet ainsi des durées de vie bien supérieures à celles proposées par les batteries lithium-air actuelles.

Lire aussi : Une super-batterie mise au point grâce… au hasard !

Crédits photo : MIT

Rédigé par : lucas-goal

dim 31 Jan 2016
Longtemps stigmatisées pour leur déperdition d'énergie en comparaison aux ampoules Led plus économes, les ampoules à filament pourraient bien revenir sur le devant de la scène. Une étude réalisée par des scientifiques américains démontre en effet comment recycler la lumière…
jeu 4 Mai 2017
Encore en chantier, le grand projet d'Union de l'énergie souhaité par la Commission européenne a pour objectif de garantir au sein de l'espace communautaire, la sécurité d'approvisionnement énergétique et l'utilisation efficiente de nos ressources, via une meilleure coopération régionale des…
jeu 27 Juil 2017
En Grande-Bretagne comme en France, la transition énergétique s’organise et elle passe notamment par des initiatives locales. Plusieurs grandes villes se sont déjà lancées dans différents projets visant à améliorer leur bilan énergétique, soit en limitant leur consommation soit en…
mar 25 Juil 2017
A mesure que les usages et les technologies évoluent, le marché de l’énergie connait des mutations profondes. Et il est aujourd’hui certain que notre façon de consommer l’énergie va changer du tout au tout dans les années à venir. L'autoconsommation,…

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *