Avantages (et inconvénients) d'un électrolyte solide dans les batteries lithium-ion des voitures électriques
C'est la solution d'avenir qui devrait remplacer la technologie à électrolyte solide. Les deux grandes différences entre un électrolyte liquide (gel) et solide résident dans leur état physique et dans leur composition chimique, mais voyons cela plus en détails ...
Les électrolytes liquides sont des solutions qui sont constituées d'un sel de lithium dissous dans un solvant organique, comme des carbonates de propylène, d'éthylène ou de diméthyle carbonate. Ces solvants organiques sont choisis pour leurs propriétés de solubilité et de conductivité électrique. Les électrolytes liquides sont souvent utilisés dans les batteries au lithium-ion, car ils offrent une conductivité élevée, une faible viscosité (dépend toutefois de la température) et une grande flexibilité en termes de chimie de la batterie et de conception de la cellule.
De quoi se composent les électrolytes solides ?
Les électrolytes solides sont, quant à eux, constitués d'un matériau solide qui est capable de transporter des ions de lithium à travers la cellule. Ils peuvent être fabriqués à partir d'une variété de matériaux, tels que des céramiques (bêta-alumine de lithium (LiAl5O8), la phosphate de lithium (Li3PO4) et la silice de lithium (Li2SiO3)), des polymères (à base de PEO (polyoxyéthylène), de PEO modifié et de PEO-LiX (X = un autre sel de lithium)) ou des composites. Les électrolytes solides présentent plusieurs avantages potentiels par rapport aux électrolytes liquides et que nous allons recenser juste après. Toutefois, les électrolytes solides ont également des inconvénients, comme une conductivité ionique plus faible et une difficulté à être intégrés dans des cellules de batterie de grande taille.
A cela s'ajoute un coût de revient qui est en toute logique plus important, de par la nouveauté (manque d'amortissement financier et pas d'économies d'échelle) mais aussi par les composés chimiques choisis qui sont onéreux.
Enfin, la production de films minces de haute qualité pour les électrolytes solides nécessite des techniques de fabrication sophistiquées, telles que le dépôt de vapeur chimique et la spin-coating, qui peuvent également augmenter le coût de production.
Les électrolytes utilisés dans les batteries au lithium-ion sont généralement des sels de lithium dissous dans des solvants organiques, tels que des carbonates de propylène, d'éthylène ou de diméthyle carbonate. Ces solvants sont choisis pour leurs propriétés de solubilité et de conductivité électrique, et sont capables de dissoudre des quantités importantes de sel de lithium.
Les formulations précises des électrolytes peuvent varier en fonction de la chimie de la batterie, de la tension de fonctionnement et d'autres facteurs, mais elles sont généralement constituées d'un mélange de solvants organiques, de sels de lithium et d'additifs pour améliorer la performance de la batterie.
Certaines formulations d'électrolyte sont protégées par des brevets et peuvent être considérées comme des secrets commerciaux, mais dans l'ensemble, les compositions d'électrolyte pour les batteries lithium-ion sont assez bien documentées et ne sont pas considérées comme des informations hautement confidentielles.
Les électrolytes solides présentent plusieurs avantages par rapport aux électrolytes liquides traditionnels dans les batteries au lithium :
- Sécurité : Les électrolytes solides ne sont pas inflammables ni volatils, ce qui les rend beaucoup plus sûrs que les électrolytes liquides. Les risques d'incendie ou d'explosion associés aux batteries au lithium-ion sont en partie dus aux électrolytes liquides qui sont inflammables et volatils. Les batteries à électrolyte solide sont donc considérées comme plus sûres, notamment face aux contraintes mécaniques.
- Pas de fuites : Ca rejoint un peu le point précédent, les électrolytes solides ne fuient pas limitent donc les risques suite au perçage d'une cellule.
- Haute densité d'énergie : Les électrolytes solides permettent d'augmenter la densité d'énergie de la batterie en évitant l'utilisation d'une membrane séparatrice qui prend de l'espace.
- Durabilité : Les électrolytes solides sont plus stables et plus durables que les électrolytes liquides, ce qui augmente la durée de vie de la batterie.
- Large plage de températures : Les électrolytes solides sont capables de fonctionner sur une plage de températures plus large que les électrolytes liquides (qui changent de viscosité avec le chaud et le froid). Elles peuvent donc fonctionner à des températures plus élevées ou plus basses sans perte de performance.
En résumé, les électrolytes solides offrent de nombreux avantages pour les batteries au lithium, notamment en matière de sécurité, de densité d'énergie, de durabilité et de plage de températures d'utilisation accrue permettant aux voitures de charger plus facilement à de hautes intensité électrique tout en limitant la surconsommation électrique batterie froide.
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