Voitures électriques : des batteries au lithium désormais performantes. Communiqué de presse - Pourquoi le phosphate de fer et de lithium, matériau amené à envahir nos futures batteries au lithium, réussit à conduire le courant alors qu'il est isolant ? Des chimistes du CNRS, dans le cadre d'une collaboration avec une équipe du CEA-Liten, ont réussi à élucider ce paradoxe. Leur modèle « Domino cascade processus », vérifié expérimentalement, montre que des contraintes locales au sein du matériau permettent une conduction électronique et ionique se propageant de proche en proche et assurant ainsi le fonctionnement de la batterie.
Ces résultats, publiés dans le
numéro d'août de Nature Materials, ouvrent des perspectives nouvelles
pour la recherche de nouveaux matériaux d'électrodes pour les batteries
et permettent de comprendre le fonctionnement des batteries des
voitures électriques de demain.
Les batteries lithium-ion permettant de
stocker trois à quatre fois plus d'énergie par unité de masse que les
batteries classiques ont envahi le marché des systèmes nomades
(ordinateurs, téléphones portables, baladeurs, etc…). Les matériaux
d'électrodes positives de ces batteries ont des performances
excellentes mais un coût trop élevé pour être utilisés dans les grosses
batteries des véhicules électriques et des véhicules hybrides de
deuxième génération. Le matériau d'avenir pour ces applications est le
phosphate de fer et de lithium : écologique, il possède des propriétés
exceptionnelles alliées à un faible coût et une bonne stabilité
thermique, élément essentiel pour la sécurité. Toutes ces
caractéristiques en font le candidat le plus à même d'équiper les
batteries lithium de nos futures voitures électriques. Paradoxalement,
ce matériau ne présente pas les propriétés de conduction ionique et
électronique requises pour le fonctionnement de l'électrode.
Des
chimistes CNRS de l'Institut de chimie de la matière condensée de
Bordeaux (ICMCB) ont réussi, pour la première fois, à interpréter ce
paradoxe. En étudiant du phosphate de fer et de lithium, dans le cadre
d'une collaboration avec une équipe du CEA-Liten, ils ont montré que
les cycles de charge et décharge de la batterie sont possibles grâce au
« domino cascade processus ». Ce phénomène se manifeste dès lors qu'il
existe des contraintes à l'interface entre le matériau qui se décharge
et le matériau à l'état déchargé. La conduction électronique et ionique
est alors extrêmement rapide dans la zone interfaciale ; elle se
propage de proche en proche, tels des dominos, au fur et à mesure que
l'interface se déplace. Ce modèle a été vérifié par des mesures
microscopiques.
Ce processus de réaction inédit, ressemblant à une
vague qui balaierait le cristal, permet d'expliquer pourquoi deux
matériaux isolants (matériau à l'état chargé et déchargé) peuvent quand
même faire fonctionner des batteries lithium-ion. Cela constitue une
avancée importante dans le domaine de la recherche de nouveaux
matériaux d'électrodes plus sûrs et à bas coût pour les futures
batteries au lithium. Cette recherche a également permis de connaître
le fonctionnement, à une échelle nanométrique, des batteries à base de
phosphate de fer et de lithium, amenées à équiper les voitures hybrides
et électriques de demain.
Contacts :
Presse Céline Lipari (CNRS) T 01
44 96 51 51
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Stéphane Laveissière (CEA) T 01
64 50 27 53
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