Plusieurs propriétaires de véhicule électrique s’inquiètent de l’efficacité de leur batterie par temps froid. Une nouvelle méthode chimique destinée aux batteries pour auto pourrait venir régler le problème.
Avec les batteries lithium-ion actuelles, le principal problème se trouve du côté de l’électrolyte liquide. Cette composante essentielle de la batterie transfère des particules portant la charge électrique – les ions – entre les deux électrodes, ce qui permet la recharge et la décharge de la batterie.
Mais ce liquide commence à geler lorsque la température passe sous le point de congélation. Cet état limite largement l’efficacité de la charge des véhicules électriques par temps froid.
Pour résoudre ce problème, une équipe de chercheurs du département américain de l’Énergie ont mis au point un électrolyte contenant du fluor qui fonctionne bien, même sous zéro.
Les travaux sont publiés dans Advanced Energy Materials.
« Notre équipe n’a pas seulement découvert cet électrolyte antigel dont la performance, lors de la recharge, demeure optimale, même à moins 20 degrés Celsius, mais nous avons aussi découvert, à l’échelle atomique, pourquoi cela était aussi efficace », mentionne Zhengcheng Zhang, un chimiste qui a participé à l’étude.
Cet électrolyte pour temps froid semble prometteur lorsqu’intégré dans les batteries des véhicules électriques, mais aussi dans les systèmes de stockage d’énergie pour les réseaux électriques, ainsi que pour des appareils de consommation courante, comme des ordinateurs et des téléphones.
Dans les batteries lithium-ion courantes, l’électrolyte est un mélange d’un sel facilement disponible et de solvants carbonés, comme le carbonate d’éthylène. Les solvants dissolvent le sel pour former un liquide.
Lorsque la batterie est chargée, l’électrolyte liquide transfère les ions de lithium de la cathode vers l’anode, tout en passant à travers des groupes de quatre ou cinq molécules de solvants.
Lors des premières charges des batteries, ces solvants finissent par former une couche protectrice autour de l’anode, ce qui signifie que seuls les ions peuvent passer. Et lors de la décharge, des réactions électrochimiques relâchent des électrons, à partir du lithium, ce qui permet de générer de l’électricité et d’alimenter les véhicules.
Le problème est qu’à basse température, l’électrolyte comprenant le solvant va commencer à geler, et perd donc la capacité de transporter des ions de lithium vers l’anode, lors de la recharge. Cela s’explique par le fait que les ions en question sont très étroitement liés aux groupes de molécules de solvant.
Et donc, il faut bien davantage d’énergie pour les séparer de ces groupes et pénétrer la couche protectrice qu’à température pièce.
Voilà pourquoi les scientifiques étaient à la recherche d’un meilleur solvant.
Une panoplie d’avantages
Avec leur solvant contenant du fluor, les responsables de l’étude ont non seulement réussi à réaliser des tests concluants, mais aussi à déterminer la raison, à l’échelle moléculaire, de cette efficacité particulière.
Ainsi, il a été déterminé que l’efficacité antigel du fluor s’explique par la position et le nombre d’atomes de fluor au sein de chaque molécule de solvant.
Lors de tests en laboratoire, il est apparu que ce nouvel électrolyte conservait sa capacité de stockage d’énergie pendant un cycle complet de 400 charges et décharges à – 20 degrés Celsius. Même à cette température glaciale, cette capacité de stockage était similaire à celle d’un électrolyte traditionnel à température pièce.
Et cet électrolyte antigel a un autre avantage : il est beaucoup plus sécuritaire que les électrolytes basés sur des carbonates, puisqu’il ne peut pas prendre feu.
Les chercheurs disent être en voie de faire breveter leur percée, en plus de chercher un partenaire industrielle pour adapter la découverte au sein d’une batterie lithium-ion.
