Des chercheurs chinois ont fait un pas de géant dans la technologie des batteries au lithium, atteignant une densité énergétique de 700 wattheures par kilogramme (Wh/kg). Cette percée répond aux limites de longue date de la chimie des électrolytes, remodelant potentiellement le paysage du stockage d’énergie pour les véhicules électriques, l’aérospatiale et les applications par temps froid.
Surmonter les limitations existantes
Les batteries lithium-ion traditionnelles utilisent des solvants carbonate-ester pour dissoudre les sels de lithium. Bien qu’efficaces, ces solvants présentent des inconvénients : ils nécessitent de grands volumes, ce qui empêche toute augmentation supplémentaire de la densité énergétique, et leurs fortes interactions avec les ions lithium ralentissent le transfert de charge, en particulier dans les environnements froids (où les performances descendent en dessous de -50°C).
Pour contourner ces problèmes, l’équipe de recherche – dirigée par le professeur Zhao Qing (Université de Nankai), l’académicien Chen Jun et le chercheur Li Yong (Institut des sources d’énergie spatiales de Shanghai) – a conçu une nouvelle classe d’électrolytes utilisant des solvants d’hydrocarbures fluorés. Ces solvants permettent une dissolution plus efficace des sels de lithium avec une meilleure mouillabilité, réduisant ainsi le volume global d’électrolyte nécessaire. L’interaction plus faible entre le lithium et le fluor accélère également le transfert de charge, même à des températures extrêmement basses.
Principales conclusions et performances
Les batteries au lithium nouvellement développées atteignent 700 Wh/kg à température ambiante, une augmentation substantielle par rapport aux offres commerciales actuelles. Surtout, ils maintiennent une performance de près de 400 Wh/kg à -50°C, résolvant ainsi un défi opérationnel majeur pour les batteries utilisées dans des climats difficiles.
Selon le professeur Zhao Qing, l’innovation se concentre sur la manipulation de la densité électronique du fluor et de la structure des molécules de solvant pour optimiser la dissolution du sel de lithium. Cette approche produit des batteries présentant à la fois une densité énergétique élevée et une résilience supérieure par temps froid.
Implications et contexte
Cette recherche est importante car les batteries de pointe actuelles, comme la série Qilin de CATL, culminent autour de 250-255 Wh/kg au niveau du système. Même si le chiffre de 700 Wh/kg fait probablement référence à la cellule elle-même, il représente une étape majeure vers le dépassement des capacités de la technologie actuelle. En fait, de nombreux modèles de batteries à semi-conducteurs actuellement en développement ont du mal à dépasser 400 Wh/kg.
L’implication est claire : cette recherche a effectivement amené la densité énergétique des batteries au lithium traditionnelles dans le domaine des alternatives avancées à l’état solide.
Si elle est mise à l’échelle efficacement, cette innovation pourrait considérablement augmenter l’autonomie et les performances des véhicules électriques, alimenter la robotique de nouvelle génération et ouvrir de nouvelles possibilités pour les opérations aérospatiales et en environnements extrêmes. Cette évolution souligne la domination croissante de la Chine dans la technologie des batteries et suggère un changement potentiel sur le marché mondial du stockage d’énergie.
