À une époque où la demande en stockage d'énergie efficace et durable atteint son apogée, une innovation révolutionnaire de la School of Engineering and Applied Sciences de l'Université Harvard établit une nouvelle référence dans le domaine des batteries. Les chercheurs ont dévoilé une nouvelle batterie au lithium métal capable de supporter au moins 6 000 cycles de charge et de décharge et d'être entièrement rechargée en quelques minutes seulement. Cette avancée révolutionnaire promet non seulement de transformer notre utilisation des batteries, mais ouvre également la voie à des applications plus pratiques dans des secteurs comme celui des véhicules électriques.
Le cœur de cette recherche réside dans la fabrication de batteries à semi-conducteurs utilisant des anodes en lithium métal, une méthode qui a ouvert de nouvelles perspectives sur les matériaux de batteries potentiellement révolutionnaires. L'étude, publiée récemment dans « Nature Materials », souligne les avancées significatives réalisées dans la compréhension et l'utilisation des anodes en lithium métal. Xin Li, auteur de l'article, a déclaré : « Les batteries à anodes en lithium métal sont considérées comme le Saint Graal des batteries. Leur capacité est dix fois supérieure à celle des anodes en graphite du commerce, ce qui pourrait augmenter considérablement l'autonomie des véhicules électriques. Nos recherches marquent une étape essentielle vers des batteries à semi-conducteurs plus pratiques pour les applications industrielles et commerciales. »
L'un des plus grands défis de la conception de ces batteries a été la formation de dendrites à la surface de l'anode. Ces structures en forme de racines se développent dans l'électrolyte, perçant la barrière séparant l'anode de la cathode, provoquant des courts-circuits, voire des incendies. En 2021, Li et son équipe ont résolu ce problème en concevant une batterie multicouche, intercalant différents matériaux de stabilité variable entre l'anode et la cathode. Cette conception multicouche et multimatériaux n'a pas complètement bloqué les dendrites de lithium, mais a contrôlé et contenu leur pénétration.
Dans ses dernières recherches, l'équipe a réalisé de nouvelles avancées en incorporant des particules de silicium de la taille d'un micromètre dans l'anode. Cette approche réduit la réaction de lithiation et favorise un dépôt électrolytique uniforme du lithium métallique épais, empêchant ainsi la formation de dendrites. De plus, les processus de dépôt électrolytique et de décapage peuvent être réalisés rapidement sur des surfaces planes, permettant ainsi une charge complète de la batterie en seulement 10 minutes.
La phase expérimentale a permis la création d'une batterie de poche de la taille d'un timbre-poste, soit 10 à 20 fois plus grande que la plupart des piles boutons produites dans les laboratoires universitaires. Fait remarquable, cette batterie a conservé 80 % de sa capacité même après 6 000 cycles, surpassant ainsi les autres batteries de poche actuellement disponibles sur le marché.
Cette innovation de Harvard est plus qu'une simple réussite académique ; elle représente une avancée majeure dans la technologie des batteries. Grâce à sa capacité, sa sécurité et son efficacité accrues, la batterie au lithium métal développée par Li et son équipe a le potentiel de révolutionner le stockage et l'utilisation de l'énergie, notamment dans les véhicules électriques, marquant ainsi une étape importante vers un avenir plus durable et plus économe en énergie.
Date de publication : 12 janvier 2024
