Les batteries au lithium métallique pourraient faire exploser la capacité des batteries, tout en diminuant leur poids et leur coût. Ces dernières utilisent directement du lithium métallique en lieu et place d'ions lithium comme c'est le cas dans toutes les batteries “lithium-ion” du marché. Or, jusqu'alors, ces batteries métalliques n'étaient pas commercialement viables en raison d'une trop faible durée de vie et d'un risque accru d'explosions. Mais des chercheurs semblent avoir trouvé une nouvelle solution.

Le lithium est au coeur des révolutions technologiques de ces dernières décennies, en particulier en matière de téléphonie mobile, de smartphones, de wearables en tous genres et de voiture électrique. Mais il n'est pas sans défauts : d'abord, les batteries au lithium-ion peuvent sous certaines conditions provoquer des incendies. Elles sont assez chères à fabriquer. Enfin, leur densité énergétique laisse encore à désirer – surtout dans les véhicules électriques. Le poids des batteries associé à la densité énergétique de la technologie lithium-ion signifie que ces dernières consacrent près d'un quart de leur capacité à déplacer leur poids.

Batteries : le lithium métallique est-il l'avenir des batteries ?

Le lithium est en effet un élément particulièrement réactif – et jusqu'ici les fabricants ont préféré éviter d'utiliser directement du lithium métallique dans les batteries – d'où le fait que l'on parle plutôt de batteries lithium-ion. La raison est simple : lorsque du lithium métallique est utilisé directement en guise d'électrode, des protubérances commencent à se former particulièrement vite – c'est ce que l'on appelle des dendrites. Et ces dendrites finissent par percer la barrière qui sépare les côtés positif et négatif de la batterie, provoquant un court circuit.

Or les électrolytes liquides dans lesquels ces électrodes baignent sont inflammables. Et pour ne rien arranger, le lithium métallique l'est spontanément, lui aussi, au contact de l'air. La croissance rapide des dendrites sur les électrodes recouvertes de lithium métallique et le risque accru d'incendies a conduit l'industrie à leur préférer les ions lithium moins dangereux (même si comme vous le savez les explosions de batteries lithium-ion surviennent elles aussi régulièrement).

D'autant qu'avec les technologies connues jusqu'alors, les batteries au lithium métallique avaient tendance à écoper d'une durée de vie particulièrement courte. Or, des chercheurs de l'Université de Stanford, on trouvé un nouveau substrat qui, lorsqu'il recouvre une électrode recouverte de lithium métallique, limite la croissance de dendrites. Lors de leurs tests, les chercheurs sont parvenus à maintenir 85% de la charge initiale au bout de 160 cycles – alors que sans ce substrat, le résultat tourne plutôt autour de 30%.

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Plus que les smartphones, ce sont surtout les véhicules électriques qui devraient bénéficier de cette avancée grâce à une réduction du poids des cellules qui devrait augmente leur autonomie. Néanmoins, aussi intéressante cette avancée soit-elle, elle ne devrait pas se trouver dans des produits commercialisés avant quelques années. D'ailleurs ce n'est pas la seule piste de recherche pour créer des batteries avec du lithium métallique. Des centres de recherche, notamment chez Tesla, travaillent par exemple sur un nouveau type de batterie lithium métallique dont l'électrolyte est solide, éliminant de facto la formation de dendrites.

Source : Stanford.edu