par Thibaut Emme

Avancée dans les batteries lithium-air

Pour succéder aux batteries lithium-ion actuelles, plusieurs pistes prometteuses sont explorées. Celle du lithium-air vient de progresser vers la mise en production.

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Une batterie Lithium-air qu'est-ce que c'est ? En schématisant, c'est une anode de lithium métallique, une cathode en carbone "mésoporeux" (ce qui crée une énorme surface d'échange) et de l'oxygène comme réactif. L'atome de lithium devient ion lithium Li+ et cède un électron au circuit électrique. L'ion migre dans l'électrolyte vers la cathode. Là, il réagit avec l'oxygène et deux électrons pour former du Li2O2 ou peroxyde le lithium.

Enorme intérêt de ces batteries lithium air, elles sont plus denses (jusqu'à 5 fois) que les batteries lithium-ion actuelles. Pour une même capacité, c'est un poids 4 à 5 fois moindre, mais également moins de volume. Elles permettent aussi des vitesses de charge plus élevées et n'utilisent que des éléments "simples" que l'on trouve un peu partout sur la terre.

Trop de limitations jusqu'à présent

Sauf que, jusqu'à présent, les prototypes de batteries lithium air se heurtaient à des phénomènes d'oxydation, de réactions parasites, etc. En conséquence, il fallait utiliser de l'oxygène pur (ce qui limite l'intérêt s'il faut amener son O2 avec soi). Surtout, le nombre de cycles étaient très limités. La cathode faite de carbone poreux se bouche rapidement avec le Li2O2. De plus, ce dernier oxyde également très rapidement l'anode, la rendant inopérante.

De gros inconvénients qui pourraient être résolus en grande partie par une équipe de l'Argonne National Laboratory et de l'Université de Chicago. Dans une publication dans la revue Nature, l'équipe a eu l'idée de recouvrir l'anode d'un produit pour la protéger. Mais, cette couche de protection (ou coating) doit également laisser passer les ions Li+ pour que la décharge et la charge se fassent.

Ce produit, c'est finalement du Li2CO3 (ou carbonate de lithium). Il laisse migrer les ions tout en empêchant le peroxyde de lithium d'oxyder l'anode. Pour la cathode qui se bouche trop rapidement, c'est du MoS2 (ou bisulfure de molybdène) qui sert de catalyseur et évite le phénomène.

750 cycles et une densité jusqu'à 5 fois supérieure

Si on rajoute à cela, un électrolyte "classique" composé de C2H6OS (ou diméthylsulfoxyde), on obtient une batterie qui, selon la publication, fonctionne avec de l'air ambiant et tient plus de 750 cycles. Sur ce point, on est encore loin des performances des batteries actuelles. Mais, cela devrait continuer de s'améliorer.

"La capacité de stockage était d'environ 3 fois celle d'une batterie lithium-ion et une densité 5 fois plus importante devrait être possible facilement, avec de la plus de recherche. La première démonstration d'une vraie batterie lithium-air est un pas en avant important pour les batteries lithium-ion" selon Amin Salehi-Khojin, co-directeur de recherche de l'Université de Chicago.

Pour autant, pas de fausse joie ou d'espérances trop importantes. En effet, on en est encore pour l'instant à l'étape du laboratoire et des simulations (voir photo d'illustration). Pour autant, la technologie lithium-air vient de rejoindre la partie pour savoir quelle technologie remplacera les batteries actuelles avec tous leurs inconvénients.

Illustration : 1-Amin Salehi-Khojin, 2-UIC and Argonne National Laboratories

Pour résumer

Pour succéder aux batteries lithium-ion actuelles, plusieurs pistes prometteuses sont explorées. Celle du lithium-air vient de progresser vers la mise en production.

Thibaut Emme
Rédacteur
Thibaut Emme

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