Innovation

L’inventeur des batteries lithium-ion veut améliorer son innovation en corrigeant un défaut vieux de 40 ans

La batterie lithium-ion perd une partie de sa capacité énergétique avant la première recharge. Son inventeur travaille actuellement à la résolution de ce problème inhérent.

Les batteries lithium-ion souffrent d’un problème technique persistant depuis leur première apparition il y a plusieurs décennies. Chaque fois qu’une nouvelle unité est installée dans un nouvel appareil, elle perd jusqu’à environ un cinquième de sa capacité énergétique avant la première recharge.

Cela est vrai quel que soit l’appareil : smartphone, tablette, ordinateur portable, appareil photo, montre connectée ou encore véhicule électrique. Il peut en effet s’écouler beaucoup de temps avant que le nouvel appareil ne trouve preneur. Michael Stanley Whittingham est le premier à avoir imaginé le concept de batteries rechargeables au lithium-ion à la fin des années 1970. Le chimiste britannique est en passe de trouver une solution à cette perte indésirable de capacité énergétique.

Le problème du nickel dans les batteries lithium-ion

Le père de la batterie li-ion dirige une équipe de chercheurs de l’université d’État de New York à Binghamton et des laboratoires nationaux américains de Brookhaven et d’Oak Ridge. Un article publié dans la revue scientifique ACS Energy Letters détaille leurs travaux.

Des impuretés se forment au niveau des cathodes riches en nickel au travers desquelles l’énergie stockée se décharge. Elles sont à l’origine de la perte de capacité énergétique.

Il faut savoir que le nickel contenu dans la cathode des batteries li-ion est relativement instable et réagit facilement avec d’autres éléments. Cette caractéristique favorise la formation d’impuretés. L’accumulateur perd alors 10 à 18 % de sa capacité lors de son premier cycle de charge/décharge.

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De plus, l’élément chimique peut provoquer une instabilité au sein de la structure de la cathode. Cela réduit également la capacité énergétique sur de longues périodes de charge/décharge.

Des résultats prometteurs

Whittingham et son équipe ont utilisé des rayons X et des neutrons pour tester si un matériau composé de nickel, de manganèse et de cobalt appelé NMC 811 associé à un oxyde de niobium sans lithium permettrait d’obtenir une batterie plus stable et plus durable.

L'inventeur des batteries lithium-ion veut améliorer son innovation en corrigeant un défaut vieux de 40 ans
Crédit photo : Shutterstock / Lightboxx

Les résultats des tests ont montré une réduction de la perte de capacité énergétique lors du premier cycle. Les chercheurs ont également constaté une meilleure rétention de la capacité à long terme, soit plus de 93 % sur 250 cycles de charge/décharge.

Pour développer la prochaine génération de batterie lithium-ion

« Les améliorations observées en matière de performances électrochimiques et de stabilité structurelle font du NMC 811 modifié au niobium un matériau cathodique candidat pour les applications à haute densité énergétique », a précisé Whittingham.

La correction de la perte de capacité ne constitue pas la seule tâche de l’équipe de recherche. Cette dernière a aussi pour mission de concevoir la prochaine génération de batterie lithium-ion. À noter que Whittingham bénéficie du soutien du Département américain de l’énergie pour ses travaux.

Marc Odilon

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