Des chercheurs chargent une batterie de labo à 90 % en 14,7 minutes en corrigeant ce phénomène

Attention, il ne s’agit pas encore d’une technologie disponible chez votre concessionnaire. Mais le résultat mérite qu’on s’y attarde. Des chercheurs de l’université du Maryland viennent de repousser une limite physique qui freinait la charge rapide des batteries lithium-ion depuis des années. En modifiant la composition chimique de l’électrolyte, ils ont atteint 90 % de charge en seulement 14,7 minutes sur une cellule de laboratoire.

Le phénomène caché qui freine la charge rapide depuis des années

Quand on branche une batterie pour une charge rapide, les ions lithium se précipitent vers l’électrode négative. Rien de nouveau jusque-là, c’est le principe même du fonctionnement d’une batterie. Mais ces ions ne voyagent pas seuls.

En se déplaçant, ils entraînent avec eux des molécules de solvant, un peu comme un courant qui emporte des débris sur son passage. Les scientifiques appellent cela l’electro-osmotic drag. Ce phénomène était déjà bien documenté dans les piles à combustible, mais totalement ignoré dans le monde des batteries lithium-ion.

Le problème, c’est que ce solvant mobilisé met du temps à revenir vers l’électrode positive. Résultat : à charge rapide, cette électrode s’assèche progressivement. Et une électrode asséchée, c’est une charge qui ralentit mécaniquement, un peu comme un moteur qui tournerait à sec faute de lubrifiant.

Un solvant modifié qui règle le problème sans sacrifier l’énergie

L’équipe menée par le chercheur Chang-Xin Zhao, au sein du laboratoire du professeur Chunsheng Wang, a trouvé une parade élégante. Plutôt que de s’attaquer aux électrodes elles-mêmes, les chercheurs ont modifié le solvant qui accompagne les ions lithium.

Leur idée : ajouter des groupes chimiques fluorés aux molécules de solvant. Cette modification réduit l’attraction entre le solvant et les ions lithium, ce qui facilite le retour du solvant vers l’électrode positive. Autrement dit, les électrolytes empêchent les électrodes de se dessécher pendant la charge rapide.

Les chiffres obtenus sur une cellule pouch de 4 ampères-heures parlent d’eux-mêmes : 80 % de charge en 12,8 minutes, 90 % en 14,7 minutes. De quoi respecter largement l’objectif fixé par le Département de l’Énergie américain, qui visait moins de 15 minutes pour atteindre 80 % de charge.

L’autre avantage de cette approche, c’est qu’elle ne sacrifie rien d’autre. Les méthodes précédentes modifiaient directement la structure des électrodes pour accélérer la charge, ce qui réduisait mécaniquement la capacité énergétique de la batterie. En s’attaquant au solvant plutôt qu’aux électrodes, cette équipe évite ce compromis habituel.

Pourquoi 10 minutes de charge restent encore hors de portée

Il faut rester mesuré face à ces résultats, aussi encourageants soient-ils. Pour l’instant, ils ont été obtenus sur une petite cellule pouch de laboratoire, pas sur un pack batterie complet de véhicule électrique. Le chemin entre un prototype en éprouvette et une batterie commerciale reste long.

Atteindre une charge complète rapide, sans compromettre les autres performances de la batterie, demeure un défi technique majeur. Les chercheurs le savent et prévoient déjà la suite de leurs travaux.

La prochaine étape consiste à combiner ce solvant fluoré avec un électrolyte adaptatif, déjà développé par l’équipe de Wang. Ce dernier a la particularité de se séparer en deux composants distincts, chacun protégeant une électrode différente du stress imposé par la charge rapide.

L’objectif affiché à terme est ambitieux : descendre à environ 10 minutes de charge, soit un temps comparable à celui d’un plein d’essence classique. De quoi, si cette promesse se concrétise un jour sur des batteries de série, changer concrètement le rapport des automobilistes à la recharge électrique.