Dossier - La batterie à électrolyte solide : une révolution pour l’automobile

Pour lutter contre les embrasements et les explosions des batteries lithium-ion à électrolyte liquide, les chercheurs s'emploient à développer une lithium-ion à électrolyte solide. En plus d'une meilleure sécurité, elle apporterait bien d'autres avantages.

Des voitures qui vont toujours plus loin, une recharge toujours plus courte. Ce pourrait être la devise des véhicules électriques. La batterie est actuellement un enjeu majeur de développement de ces véhicules. Plus sa capacité est grande, meilleure est l'autonomie ; cependant le temps de recharge s'en trouve allongé proportionnellement.

Les voitures électriques actuelles sont dotées, en grande majorité, de différents types de batteries au lithium. Ainsi les batteries lithium-ion, les plus utilisées, équipent les voitures, les motos, les scooters électriques ou encore les vélos à assistance électrique. Leur durée de vie oscille entre 8 et 13 ans, mais l'autonomie se dégrade en cas de recharges rapides fréquentes.

 

Deux types de cellules présentés dans l'usine GM à Orion, qui produit la Chevrolet Bolt et sa cousine l'Opel Ampera-e.

 

Un court-circuit qui engendre un échauffement rapide et un emballement thermique qui peut se traduire par une explosion avec inflammation libérant des vapeurs toxiques.

Autre défaut, qui a fait beaucoup parler de lui récemment après plusieurs affaires explosives (au sens propre) : l'accumulateur lithium-ion s'avère potentiellement instable à cause de l'électrolyte et de la cathode — un défaut dont souffre moins la batterie lithium-ion polymère modelable, légère et plus stable. En cas de surcharge, ou lorsque la température est inférieure à –5 °C, des dendrites (excroissances) apparaissent au niveau d'une des deux électrodes et peuvent provoquer un court-circuit en touchant la seconde électrode. Court-circuit qui engendre un échauffement rapide et un emballement thermique qui peut se traduire par une explosion avec inflammation libérant des vapeurs toxiques. C'est malheureusement ce qui est arrivé au smartphone Samsung Galaxy Note 7, banni à vie des avions et retiré du marché. L'avionneur Boeing a également été confronté à cet emballement thermique sur son long courrier 787 Dreamliner, ainsi que Tesla avec l'incendie de l'une de ses Model S en 2016.

Pour limiter ces risques, les constructeurs utilisent un Battery Management System (BMS), un système électronique qui contrôle la charge de la batterie afin d'éviter les surtensions et sous-tensions à l'origine de l'emballement thermique.

La solution de l'électrolyte solide

La solution à ces problèmes a été trouvée par John Goodenough, un spécialiste en science des matériaux, professeur de l'université du Texas et co-inventeur de la batterie lithium-ion sortie dans les années 1980. Entouré d'une équipe de chercheurs et de sa consœur Maria Helena Braga, il a développé une batterie lithium dotée d'un électrolyte solide et donc de cellules ininflammables.
 

la batterie du professeur Goodenough peut fonctionner entre -20°C et 100°C sans nécessiter de refroidissement.

Concrètement, l'électrolyte se compose d'une plaque de verre qui fait office de séparation entre l'anode et la cathode. L'anode peut être constituée de différents métaux (lithium, potassium ou sodium). En outre, cette batterie d'un nouveau genre permet de doubler la capacité de charge et de décharge, donc l'autonomie, tout en augmentant la durée de vie. Autre point très intéressant, le temps de recharge se compte désormais en minutes et non plus en heures.

 

Même la plage thermique d'utilisation de la batterie solide est plus confortable : là où l'électrolyte liquide fonctionne de façon optimale pendant 15 ans à condition de ne pas dépasser 35 °C (d'où certains systèmes de refroidissement couplés aux batteries), la batterie du professeur Goodenough peut fonctionner entre -20 °C et 100 °C sans nécessiter de refroidissement.

Reste à savoir quand ce type de batterie entrera en production. Pas avant 3 ans selon les spécialistes, car il faut auparavant que les industriels développent un prototype (source : Energy & Environmental Science). e fabrication moindre, qui permettrait de réduire le prix du véhicule électrique.

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