Une nouvelle membrane en carbone permet d’améliorer la densité énergétique et la durée de vie. La mise sur le marché prendra encore du temps.

Les avancées prometteuses des batteries lithium-air

Les batteries lithium-air suscitent un grand intérêt dans le domaine des technologies de stockage d’énergie en raison de leur potentiel théorique d’atteindre une densité énergétique comparable à celle de l’essence. Actuellement, leur densité énergétique optimale en laboratoire est d’environ 500 wattheures par kilogramme, ce qui est presque le double de celle des batteries lithium-ion traditionnelles. Cependant, des défis subsistent en matière de durée de vie, de rapidité et de capacité de mise à l’échelle.

Innovations dans la technologie des batteries

Une équipe de recherche du National Institute for Materials Science au Japon a récemment fait progresser cette technologie vers une production de masse. Grâce à une nouvelle électrode en carbone poreux, ils ont réussi à améliorer les performances des batteries lithium-air sur plusieurs aspects cruciaux.

Les chercheurs ont publié leurs découvertes dans la revue Cell Reports Physical Science. Ils soulignent que l’électrode en carbone est un élément central pour le développement futur des batteries lithium-air. En augmentant la surface de l’électrode par des pores, la capacité globale peut être améliorée. Toutefois, cette structure nécessite également plus d’électrolyte, ce qui peut réduire la densité énergétique.

Optimisation de la structure des électrodes

Pour surmonter ces limitations, les scientifiques ont développé une membrane en carbone avec des pores de taille optimisée. Ils ont réduit le nombre de micropores inactifs pendant la décharge, tout en structurant des mesopores de 2 à 50 nanomètres et des macropores dans un réseau hiérarchique. Cela favorise des réactions électrochimiques efficaces.

Pour donner une idée de l’échelle, la double hélice de l’ADN mesure environ 2 nanomètres de diamètre, tandis qu’un virus de l’hépatite C mesure environ 50 nanomètres.

Amélioration de la durabilité et simplification du processus de fabrication

Les chercheurs ont également réussi à rendre l’électrode plus résistante à l’usure en traitant le carbone à une température de 2 100 degrés Celsius, ce qui a permis d’améliorer sa structure cristalline. De plus, ils ont mis au point un processus de fabrication permettant de créer des électrodes de 10 x 10 centimètres, ouvrant la voie à une production à plus grande échelle.

Résultats des tests en laboratoire

La batterie test, composée de six électrodes en carbone de 4 x 4 centimètres, a montré une capacité de 1,02 wattheure et a maintenu une décharge stable. Cependant, la densité énergétique n’était que de 130 wattheures par kilogramme. Les chercheurs estiment qu’une configuration de cellule optimisée pourrait atteindre plus de 700 wattheures par kilogramme.

La batterie test a fonctionné de manière fiable pendant 19 cycles de charge et de décharge, mais la tension a chuté de manière significative lors du 20ème cycle. Malgré ces avancées, il faudra encore plusieurs années avant que les batteries lithium-air ne soient prêtes pour le marché.

Tableau récapitulatif des caractéristiques des batteries lithium-air

FAQ sur les batteries lithium-air

• Qu’est-ce qu’une batterie lithium-air ? C’est un type de batterie qui utilise l’oxygène de l’air pour réagir avec le lithium, offrant un potentiel de densité énergétique élevé.
• Quels sont les principaux défis des batteries lithium-air ? Les défis incluent la durée de vie, la vitesse de charge et la capacité de mise à l’échelle pour la production.
• Quelles innovations ont été réalisées dans ce domaine récemment ? Des chercheurs ont développé une électrode en carbone poreux qui améliore la densité énergétique et la durabilité des batteries.

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