Peu d'inventions récentes ont démontré leur valeur autant que la batterie lithium-ion. Commercialisées il y a seulement 30 ans, elles alimentent les smartphones du monde entier et propulsent les voitures électriques. Leur rôle s'étendra encore dans les réseaux d'énergie renouvelable.
Depuis les années 1990, leur prix a chuté de plus de 90 % tout en gagnant en puissance et en densité énergétique. Pourtant, elles présentent une limite : les basses températures. À des niveaux proches de ceux des hivers rigoureux (-20 °C environ), elles peinent à retenir ou délivrer leur charge.
Des chercheurs chinois de plusieurs universités ont relevé le défi. Dans un article publié le 8 juin dans ACS Central Science, ils présentent une batterie lithium-ion fonctionnant jusqu'à -35 °C (-31 °F).
Les études précédentes montraient que la plupart des batteries lithium-ion faiblissent dès -20 °C (-4 °F). Plus il fait froid, plus la capacité et la délivrance d'énergie diminuent.
Pour beaucoup, le froid n'est pas un souci majeur. Mais dans le Midwest américain, une voiture électrique perd de l'autonomie en janvier. Votre smartphone se décharge plus vite en hiver, et les applications en haute montagne, aviation ou espace posent problème.
De nombreuses recherches visent à résoudre cela, confirme Enyuan Hu, chimiste des batteries au Laboratoire national de Brookhaven (non impliqué). Il faut optimiser les composants internes.
Au cœur d'une batterie lithium-ion : deux électrodes (anode négative en graphite généralement, cathode positive avec métaux et oxygène), séparées par un électrolyte conducteur d'ions lithium.
En décharge, les ions lithium migrent de la cathode à l'anode via l'électrolyte, générant du courant. En charge, le processus s'inverse.
En dessous de -20 °C, les ions peinent à se déplacer. Les approches classiques modifient l'électrolyte pour plus de résistance au froid.
Ces chercheurs innovent sur l'anode : ils remplacent le graphite par des dodécaèdres de carbone (12 faces), obtenus en chauffant un composé de cobalt à 425 °C (800 °F). Cette structure bosselée capture mieux les ions lithium.
Tests : la batterie excelle à -35 °C et conserve ses performances après 200 cycles de charge/décharge.
« Matériau scientifiquement fascinant », note Hu. « Mais la synthèse complexe et le coût du cobalt limitent les applications pratiques pour l'instant. »
Idéal pour usages spécifiques (extrême froid). Cette avancée illustre les progrès continus des batteries lithium-ion.
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