Vers un monde équitable et durable

La recharge rapide est considérée comme une condition essentielle au succès économique généralisé des véhicules électriques. Les cellules de batteries lithium-ion (LIB) actuelles offrent une densité d'énergie élevée, mais si elles permettent une autonomie suffisante, elles prennent beaucoup plus de temps à recharger que les véhicules traditionnels. De multiples propriétés des matériaux utilisés pour l'anode, la cathode et l'électrolyte influencent la capacité de charge rapide d'une batterie.

Dans une étude publiée en Juillet dans la revue Advanced Energy Materials, une équipe internationale de chercheurs examine en détail les bases physico-chimiques de différentes combinaisons de matériaux, et identifie le transport du lithium à l'intérieur des électrodes comme l'étape cruciale limitant le taux de charge rapide. Le groupe* dirigé par le professeur Yair Ein-Eli et l'étudiante diplômée Natasha Ronit Levy du département de science et d'ingénierie des matériaux du Technion, ainsi que par le professeur Jürgen Janek et le Dr Manuel Weiss de l'université de Giessen (Institut de physique chimique, Allemagne), a identifié que la diffusion et la migration des ions lithium au sein des matériaux actifs ralentissent intrinsèquement le processus de charge et imposent une résistivité élevée.

De plus, la polarisation de la concentration par un transport lent des ions lithium au sein de la phase électrolyte dans les électrodes poreuses limite également la vitesse de charge. Ces deux effets cinétiques sont responsables du placage de lithium observé sur les anodes en graphite. Un tel placage de lithium métallique peut conduire à un dangereux emballement thermique, entraînant une explosion et un incendie. Les conclusions tirées par les chercheurs des profils de potentiel et de concentration dans les cellules LIB sont complétées par des études bibliographiques approfondies sur les matériaux des anodes, des cathodes et des électrolytes. Ils ont analysé les avantages et les inconvénients des matériaux LIB typiques et ont proposé des suggestions de propriétés optimales au niveau des matériaux et des électrodes pour les applications de la recharge rapide.

* Les groupes de recherche qui ont pris part au travail de révision faisaient partie de la 4e école germano-israélienne sur les batteries qui s'est tenue à Berlin en 2019 : d'Israël - Prof. Yair Ein-Eli [Technion] et Prof. Doron Aurbach [Université Bar-Ilan] ; d'Allemagne - Prof. Jürgen Janek [Université de Giessen], Prof. Martin Winter [Université de Münster], et Prof. Margaret Wohlfahrt-Mehrens [Centre de recherche sur l'énergie, Ulm]. Un soutien financier a été apporté par les entités et fondations suivantes : le ministère fédéral allemand de l'éducation et de la recherche (BMBF) dans le cadre de l'atelier binational GIBS 4, le ministère fédéral des affaires économiques et de l'énergie (BMWi), le ministère israélien des sciences et de la technologie (MOST), le Comité de planification et de budgétisation/Conseil israélien de l'enseignement supérieur (CHE), et Fuel Choice Initiative (Bureau du Premier ministre) dans le cadre du "Centre national israélien de recherche sur la propulsion électrochimique" (INREP 2) et par le Grand Technion Energy Program (GTEP).

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