Une solide avancée pour les batteries du futur

Publié par Redbran le 24/08/2021 à 13:00
Source: Université de Sherbrooke

Le professeur Jérôme Claverie et Vincent St-Onge, étudiant au doctorat en chimie.Photo: Michel Caron
L'équipe de recherche du professeur Jérôme Claverie, de l'Université de Sherbrooke, a développé la première batterie solide fonctionnant à température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) ambiante, promettant des avancées majeures, entre autres dans l'électrification des transports.

Au Canada, le secteur du transport (Le transport, du latin trans, au-delà, et portare, porter, est le fait de porter quelque chose, ou...) est la deuxième plus grande source d'émission de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) à effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie...). Dans le but de réduire ces émissions au niveau national, le gouvernement canadien vise à ce que 100 % des véhicules légers neufs vendus soient des véhicules à zéro (Le chiffre zéro (de l’italien zero, dérivé de l’arabe sifr,...) émission d'ici 2035, un objectif ambitieux ! Les véhicules à zéro émission ont la capacité de fonctionner sans essence, et sont constitués, entre autres, des véhicules électriques à batterie.

Dans le but de participer à l'essor des véhicules électriques, Hydro-Québec (Hydro-Québec est une société d'État québécoise fondée en 1944....) travaille au développement de nouvelles batteries plus performantes à coût abordable, si bien que la société d'État se place comme un leader mondial en la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...). En 2020, Hydro-Québec a entamé un partenariat de trois ans avec Mercedes-Benz (Mercedes-Benz est une marque allemande d'automobiles, de tracteurs et de camions indépendante...) avec l'objectif de doubler l'autonomie des voitures (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un...) électriques en utilisant des batteries à électrolyte solide, un type de batterie en développement sur lequel Hydro-Québec travaille depuis plus de 20 ans.

Comparées aux batteries lithium-ion (Les accumulateurs à base de lithium utilisent des technologie en cours de mise au point,...) liquides qui dominent présentement l'industrie des véhicules électriques, les batteries solides sont beaucoup plus sécuritaires. Les batteries lithium-ion liquides peuvent prendre feu (Le feu est la production d'une flamme par une réaction chimique exothermique d'oxydation...) en cas d'accident, en raison de l'électrolyte inflammable qu'elles contiennent (on se souvient des accidents liés au Samsung Galaxy Note 7, qui utilisent la même technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) d'électrolytes liquides). Les batteries solides quant à elles ne contiennent pas d'électrolyte inflammable. Elles peuvent donc être pliées, comprimées ou perforées sans danger.

Un problème majeur dans le développement des batteries solides est la cristallisation de l'électrolyte. Dans une batterie, des particules chargées, appelées ions, doivent circuler afin de créer un courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge...). Lorsque l'électrolyte cristallise, toutes ses molécules s'organisent de façon compacte, un peu comme un mur (Un mur est une structure solide qui sépare ou délimite deux espaces.) de briques fermement assemblé. Les ions ne peuvent alors plus se déplacer librement dans l'électrolyte. Dans le passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble...), il était possible de contrer la cristallisation en augmentant la température autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de 70 ˚C, ce qui est assez peu pratique puisqu'il faut alors une autre batterie pour chauffer la batterie principale !


Vincent St-Onge, étudiant au doctorat en chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...), présentant un prototype de batterie comprenant le nouveau composé.Photo: Michel Caron
Récemment, les étudiants du professeur Jérôme Claverie ont eu l'idée d'ajouter des imperfections dans l'électrolyte afin de réduire sa cristallinité, selon une technique appelée la copolymérisation statistique. Un peu comme si des briques de forme irrégulière étaient ajoutées au hasard (Dans le langage ordinaire, le mot hasard est utilisé pour exprimer un manque efficient, sinon...) lors de l'assemblage d'un un mur constitué de briques rectangulaires, les imperfections ont créé des trous dans l'électrolyte, qui permettaient aux ions de circuler librement. La conductivité observée était alors de quelques centaines à de quelques milliers de fois plus importante lorsque des imperfections étaient ajoutées dans l'électrolyte. La batterie assemblée avec cet électrolyte solide constitue le premier cas de batterie solide pouvant opérer à température ambiante, une avancée majeure dans le domaine des batteries solides.

La batterie développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de...) par l'équipe du professeur Claverie a une capacité comparable aux autres batteries au lithium (Le lithium est un élément chimique, de symbole Li et de numéro atomique 3.) et elle résiste à plusieurs cycles de charge/décharge sans perdre de sa capacité. En plus d'avoir des applications dans les véhicules électriques et dans l'emmagasinage d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) provenant du soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...) et du vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface...), la batterie solide pourrait être flexible. Jusqu'ici impossible, des batteries flexibles pourraient ouvrir la voie à des vêtements comportant de l'électronique intégrés. On peut par exemple s'imaginer des chandails portant des capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une...) flexibles intégrés, donnant en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) réel des informations sur l'état de santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste...) de la personne qui le porte, et ayant des applications autant en médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la...) que dans le domaine des sports, de quoi donner espoir pour les prochains Jeux Olympiques !
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