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STable high-capacity lithium-Air Batteries with Long cycle life for Electric cars

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La fin de l'angoisse de la panne grâce aux batteries lithium qui respirent de l'air

La technologie Lithium-air (Li-air) pourrait un jour libérer les automobilistes de ce que l'on appelle l'angoisse de la panne. Une équipe financée par l'UE a travaillé dans ce sens en cherchant à augmenter la durée de vie des batteries Li-air.

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Les véhicules électriques représentent une solution aux problèmes de pollution de l'air en Europe. Ils utilisent généralement des batteries lithium-ion. Cependant, les batteries de ce type ont une densité énergétique plutôt médiocre, ce qui signifie qu'elles retiennent relativement peu de puissance par rapport à leur poids. D'autres types de batterie sont donc à l'étude. Les batteries Li-air sont une alternative potentielle de par leur excellente densité énergétique. Ces batteries sont constituées d'une anode à base de métal et d'une cathode à air qui extraient en permanence de l'oxygène de l'air ambiant. Leur avantage est qu'elles ont une densité énergétique 10 fois plus élevée que celle des batteries Li-ion. L'étude de cette option prometteuse était l'objectif du projet STABLE (Stable high-capacity lithium-air batteries with long cycle life for electric cars). L'un des principaux défis était d'améliorer la durée de vie de ces batteries, qui n'était que de 50 cycles de recharge avant le projet STABLE. L'objectif du projet était d'augmenter le nombre de cycles de charge de 50 à 100-150 sans perte de capacité. Celui a été atteint, avec plus de 150 cycles. Pour obtenir ces résultats, les chercheurs ont effectué des recherches innovantes sur les matériaux et les technologies de l'anode, de la cathode et des électrolytes de la batterie. Ils ont également étudié les techniques d'assemblage des batteries qui sont essentielles en matière de performances, de coût et d'impact environnemental. L'équipe a découvert des catalyseurs bifonctionnels hautement actifs capables de régénérer la batterie de manière efficace et elle a utilisé des membranes adaptées pour empêcher la formation de dendrites sur l'anode en lithium. Les chercheurs ont également réussi à améliorer la stabilité de l'électrolyte pour augmenter la solubilité de Li2O2 et empêcher l'encrassement de la cathode. Ils ont en particulier utilisé des alliages Li argent et magnésium, en plus de couches protectrices sur l'anode pour maîtriser la réactivité de Li. Les matériaux à base de carbone permettent de maîtriser la réversibilité de la réaction de réduction de l'oxygène. Des résultats prometteurs ont été obtenus en termes de conductivité avec des carbones mésoporeux, des nanotubes de carbone, des fibres de carbone et du graphène utilisés comme matériaux d'électrode cathode. Les chercheurs ont employé la pyrolyse à la flamme pour synthétiser plusieurs nanopoudres céramiques qui ont augmenté la capacité de la cathode. Ils ont déposé des catalyseurs d'échelle nanométrique sur la cathode poreuse. L'ajout de liquides ioniques dans les solvants organiques a significativement amélioré la conductivité ionique de l'électrolyte. Des nanoparticules d'oxyde métallique ont également limité la formation de dendrites et amélioré la solubilité de l'oxygène, la viscosité et la polarité de l'électrolyte. Le projet STABLE a progressé dans l'amélioration de la durée de vie des batteries Li-air. Ces batteries peuvent ainsi faire rouler les véhicules électriques plus longtemps sur une même charge, ce qui va améliorer la confiance des consommateurs et la compétitivité du marché croissant des véhicules électriques en Europe.

Mots‑clés

Angoisse de la panne, lithium-air, batteries Li-air, véhicules électriques, densité d'énergie

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