Les batteries à semi-conducteurs promettent de sauver les véhicules électriques depuis si longtemps qu’elles commencent à ressembler moins à de la technologie qu’à un discours de motivation récurrent. Plus d’autonomie, une charge plus rapide, un poids réduit, une meilleure sécurité. C’est génial, en supposant que n’importe qui puisse réellement fabriquer ces objets sans que des pointes microscopiques de lithium ne se développent à travers eux et ne provoquent un court-circuit.
Ce petit problème ennuyeux s’appelle la formation de dendrites, et des chercheurs du MIT et de l’Université technique de Munich ont peut-être trouvé un meilleur moyen de le contrôler. Comme l’ont souligné nos amis de À l’intérieur des véhicules électriquesl’étude du MIT se concentre sur les joints de grains à l’intérieur des électrolytes solides céramiques, qui sont essentiellement les coutures microscopiques où se rencontrent de minuscules grains cristallins. Ces coutures peuvent perturber le mouvement des ions lithium et créer des conditions électriques favorisant l’accumulation du lithium métallique.
Une fois que le lithium commence à se former en minces filaments, il peut éventuellement traverser l’électrolyte et connecter les deux côtés de la batterie. C’est mauvais, de la même manière que percer un réservoir de carburant avec une perceuse sans fil est mauvais. La batterie peut court-circuiter, tomber en panne, surchauffer ou devenir une expérience scientifique coûteuse que personne ne veut attacher entre ses genoux.
Les chercheurs ont étudié un matériau céramique appelé zirconate de lithium et de lanthane, communément abrégé en LLZO, et ont découvert que les déséquilibres électriques au niveau de ses limites de grains contribuaient à créer les conditions nécessaires à la formation des dendrites. En modifiant la façon dont le matériau était traité, ils ont réduit ces déséquilibres et permis aux ions lithium de se déplacer plus librement dans l’électrolyte.
Le matériau modifié a géré une densité de courant critique supérieure de plus de 300 % à celle de l’échantillon de base avant le court-circuit. Cela ne signifie pas 300 % d’autonomie en plus, 300 % de capacité de batterie en plus ou un arrêt de charge de cinq minutes suivi d’une explosion héroïque au coucher du soleil. Cela signifie que le matériau tolérait beaucoup plus de courant avant que les filaments de lithium ne causent des problèmes.
Pour les voitures électriques, cela pourrait éventuellement permettre une recharge plus rapide et des batteries plus denses en énergie. Mais pour les motos électriques et les machines de sports motorisés, les implications pourraient être encore plus importantes, car ces véhicules ne disposent pas d’acres d’espace au sol disponibles pour les batteries.
Une voiture peut transporter une énorme batterie sous l’habitacle et utiliser son empattement pour masquer les conséquences. Une moto doit installer sa batterie dans un cadre qui a encore besoin d’espace pour la suspension, le matériel de refroidissement, le jeu de direction, la protection en cas de collision et un pilote qui préférerait ne pas s’asseoir à six pieds au-dessus du trottoir.
C’est pourquoi les motos électriques d’aujourd’hui finissent souvent par choisir entre une autonomie utile et un poids raisonnable. Un pack à semi-conducteurs plus dense en énergie pourrait étendre l’autonomie sans agrandir le vélo, ou maintenir l’autonomie actuelle tout en réduisant un poids significatif. La deuxième option pourrait être plus transformatrice. Une batterie plus légère pourrait améliorer la direction, le freinage, la réponse de la suspension, le contrôle à basse vitesse et l’expérience générale d’essayer de pousser la chose vers l’arrière dans une allée.
La même logique s’applique aux motos tout-terrain électriques, aux VTT, aux véhicules côte à côte, aux motoneiges et aux motomarines. Les machines tout-terrain ont besoin de suffisamment d’énergie pour rester utiles sans devenir trop lourdes. Les motoneiges ont besoin de systèmes de batteries capables de survivre au froid intense. Les motomarines nécessitent une puissance élevée pendant de longues périodes lorsqu’elles fonctionnent à l’intérieur de coques mouillées et étroitement emballées.
Le hic, c’est qu’un électrolyte de laboratoire n’est pas une batterie de sport motorisé finie. Les matériaux céramiques doivent encore survivre aux vibrations, aux nids-de-poule, aux sauts, aux accidents, à la flexion du châssis, au lavage sous pression, aux températures glaciales et aux années de charges répétées. Les fabricants de batteries doivent également produire le matériau de manière cohérente et à un prix suffisamment bas pour qu’une future moto tout-terrain électrique ne coûte pas autant qu’une camionnette peu utilisée.
Néanmoins, ce travail est important car il s’attaque à l’un des points de défaillance les plus tenaces de la technologie des batteries à semi-conducteurs au niveau microscopique. Si les fabricants parviennent à mieux contrôler les limites des grains, ils pourront peut-être construire des batteries capables de gérer plus de courant, de résister aux courts-circuits internes et de rendre les anodes lithium-métal plus pratiques. Cela ne donnerait pas seulement une plus grande autonomie aux motos électriques. Cela pourrait enfin empêcher la batterie de dicter la taille, le poids, la forme et la personnalité de la machine qui l’entoure.