L'utilisation d'anodes en lithium métal (ou un alliage) permet d'augmenter la capacité des batterie. Mais lorsque l'on cherche à les charger trop rapidement, des dendrites se forment. Ces "fils" de lithium métal se déposent au niveau de l'anode et finissent par provoquer des courts-circuits. La cellule est alors shuntée et la batterie perd de sa capacité. Pire, les dendrites peuvent percer certaines membranes, menant à un écoulement de l'électrolyte et potentiellement des incendies.

Quan Pang, chercheur à l'Institut de Nanotechnologie de l'Université de Waterloo au Canada, a publié avec son équipe, un article sur l'ajout "simple" de phosphore et de souffre dans l'électrolyte pour permettre de limiter l'apparition de ces dendrites.

Pour éviter ou limiter la formation de dendrites, on produit des électrodes de plus en plus "lisses" avec une couche protectrice appelée SEI (solid-electrolyte interphase) que l'on dépose en laboratoire. Le procédé coûte souvent cher. Ici, justement, c'est le rôle des produits phosphorés et soufrés. Pour ceux qui sont intéressés dans les détails des réactions chimiques, la publication est disponible (en anglais). Les produits créent alors un plaquage sur l'anode. On parle de "lithium plating".

Une charge jusqu'à 5C

Il y a alors plusieurs intérêts. Le premier est d'être possible a posteriori de la création des cellules. Il "suffirait" d'injecter le produit dans l'électrolyte pour qu'il vienne se déposer en couche de protection des électrodes. Les produits utilisés sont peu chers contrairement à d'autres pistes à base de germanium par exemple.

L'utilisation du lithium métal permet une meilleure densité et donc une capacité augmentée pour un même volume de batterie. Ainsi, on fait baisser le prix du kWh de batterie.

En outre, cela permet de pousser la puissance de charge et ainsi diminuer le temps de charge. Les chercheurs ont testé les cellules avec l'additif sous une puissance de charge de 5C. C'est à dire 5 fois la capacité nominale de la cellule. En temps normal, on charge en dessous de 1C ou à 1C, rarement 2C, très rarement 3C. Au-delà de 2C le nombre de cycles possibles diminue drastiquement et la chute de capacité est rapide.

Ici, 5C signifierait, sous réserve d'avoir la puissance électrique disponible, de charger une batterie à 80% en 20 minutes à peine. Et sous ces charges importantes, le nombre de cycles dépassent les 400. C'est encore "peu" (une lithium-ion bien utilisée c'est plus de 800 cycles en restant au-dessus des 80% de capacité nominale) mais c'est prometteur.

Evidemment c'est encore au stade du laboratoire avec tout ce que cela comporte comme incertitudes de mise en production.

Source : Publication de Quan Pang, illustration :