Une batterie durable très prometteuse pour les véhicules électriques
Étant donné le virage écologique que nous avons amorcé dans le domaine des technologies, nous avons de plus en plus besoin de piles et de batteries abordables, sures et puissantes.
Par exemple, les normes de sécurité qui s’appliquent aux véhicules électriques à batterie sont beaucoup plus strictes que celles qui s’appliquent aux téléphones. Et pour parcourir de grandes distances, comme c’est souvent le cas au Canada, le fait d’avoir des batteries légères et à haute capacité énergétique fait toute la différence.
Les batteries rechargeables dont on dispose à l’heure actuelle sont généralement à base de métaux couteux et peu abondants, comme le cobalt. En plus d’avoir un impact environnemental important, l’extraction de ces métaux a des répercussions sur les droits de la personne, car les conditions de travail dans les mines en Afrique sont très difficiles. Pris ensemble, ces facteurs nuisent à l’adoption de ces batteries à plus grande échelle.
La cathode, ou l’électrode positive, est l’un des éléments de la batterie Li-ion que l’on aurait le plus intérêt à améliorer. « Les cathodes représentent 40 % du cout des batteries que nous utilisons actuellement dans nos téléphones. C’est vraiment sur la cathode qu’il faut se concentrer pour améliorer le rendement des batteries et réduire notre dépendance au cobalt », explique Majid Rasool, auteur principal d’un article publié dans la revue 
Advanced Materials Interfaces. Pendant les années qui ont mené à l’obtention de son doctorat à l’Université McGill, M. Rasool a étudié les matériaux utilisés dans la fabrication des cathodes de batterie, notamment celui-ci.
Les travaux de recherche d’une équipe de l’Université McGill portent sur une cathode de batterie prometteuse à base de fer et de silicium, deux matériaux abondants et peu couteux. Ce type de cathode, à base de silicate de fer lithié, a une capacité théorique élevée en ce qui concerne la rétention d’énergie pendant plusieurs cycles de charge-décharge. Cette capacité théorique n’avait toutefois jamais été confirmée en pratique.
La percée du groupe est attribuable à l’application d’un polymère à conductivité électronique, appelé PEDOT, sur la surface des nanocristaux de la cathode grâce à une réaction interfaciale contrôlée. Les essais réalisés avec de telles batteries ont révélé une capacité initiale impressionnante, ainsi qu’un rendement amélioré sur de nombreux cycles de charge.
« Nous ne nous attendions pas à un tel bond sur le plan du rendement par rapport au revêtement de carbone. Je savais que cela pouvait fonctionner, mais lorsque nous avons vu les résultats, j’ai trouvé cela vraiment très fascinant, explique M. Rasool. Nous avons choisi de travailler avec ce matériau particulier en étroite collaboration avec Hydro-Québec parce qu’il est durable, peu couteux et sûr. »
En utilisant les appareils de spectromicroscopie (SM) et de l’ Installation canadienne de cristallographie macromoléculaire au Centre canadien de rayonnement synchrotron (CCRS), il a été possible d’expliquer le bond de rendement impressionnant et inattendu qui a été rendu possible par l’utilisation de nanocristaux enduits du revêtement à l’étude.
« Le CCRS a été très utile. Il nous a permis d’étudier le phénomène plus en détail et de commencer à comprendre pourquoi le revêtement PEDOT et la couche riche en fer qui se trouve sous la surface améliorent autant le rendement. »
L’encapsulation de nanocristaux avec le polymère PEDOT a été difficile à réaliser sur le plan technique. Il a fallu près de deux ans d’efforts soutenus, mais on en voit maintenant le résultat, soit une amélioration remarquable du rendement, tant en ce qui concerne la capacité initiale que la capacité à long terme.
« Il y a encore du travail à faire pour comprendre exactement ce qui se passe et en tirer parti, mais ce procédé de revêtement ouvre de nouvelles voies en ce qui concerne la conception des batteries », explique M. Rasool.
Cet article a été adapté et publié avec la permission du Centre canadien de rayonnement synchrotron.
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