Batteries lithium-air : 1000 km d’autonomie en voiture électrique ?

L’autonomie reste le talon d’Achille des voitures électriques. Même si les derniers modèles ont atteint ou dépassé les 100 km, rares sont ceux qui vont au delà de 300 km, en dehors de la Tesla Model S (plus de 400 km quand il ne fait pas trop froid) qui coûte près de 50 000 €. La bataille du stockage de l’électricité continue donc à faire rage. Au point de pousser certains à rêver de routes capables d’alimenter les voitures en énergie comme les rails ou les caténaires des chemins de fer… Solution improbable étant donné l’investissement dans l’infrastructure. Ce dont la voiture électrique a besoin, c’est donc bien de batteries qui permettent de sortir des villes, de partir en week end ou en vacances sans avoir l’oeil rivé sur la jauge.

Un facteur 10

Tout semble se jouer sur la découverte du couple miracle qui permettra de stocker assez d’énergie électrique pour que l’autonomie verte rattrape celle de l’essence ou du diesel. Pour ce faire, il faut sans doute se rapprocher des 1000 km, le seuil du véritable confort. Soit un facteur 5 à 10 par rapport aux performances moyennes actuelles. Eh bien,  c’est justement ce que promet le nouveau couple à la mode, le lithium-air, qui prétend détrôner le lithium-ion. Dix fois plus d’énergie stockée, c’est assez pour atteindre et dépasser les 1000 km d’autonomie.

Néanmoins, ces batteries avaient, jusqu’à présent, le désagréable défaut de ne pas supporter la succession des cycles de charge et décharge qui est pourtant le destin de toute batterie qui se respecte. La lithium-air, elle, ne restait pas stable et se dégradait rapidement. Pendant la décharge, les électrons de l’anode en lithium sont arrachés et flottent dans l’électrolyte, une solution conductrice, vers la cathode en carbone. Là, ils s’associent aux atomes de la cathode et à ceux de l’oxygène de l’air pour produire de l’oxyde de lithium. Lorsque la batterie est branchée sur une prise de courant, l’électricité reçue engendre la réaction inverse. Pour que tout cela fonctionne, chacun des acteurs, électrodes et électrolyte, doivent rester stables. Or, ce n’était pas le cas jusqu’à présent en raison de réactions chimiques indésirables qui perturbaient le cycle et dégradaient rapidement les composants de la batterie.

Nanoparticules d’or

En Angleterre, à l’université de St Andrews, l’équipe de Peter Bruce semble avoir trouver une parade. Elle a remplacé le carbone de la cathode par des nanoparticules inertes d’or. L’électrolyte en composés de polycarbonates ou de polyester a également été troqué pour une solution de solvant conducteur (DMSO pour les spécialistes). Et la nouvelle distribution des rôles semble fonctionner, selon l’étude publiée par Peter Bruce dans la revue Science du 19 juillet 2012.

Au bout de 100 cycles de charge et décharge, la nouvelle lithium-air ne perd que 5% de sa puissance. Ce résultat prouve que ce type de batterie peut fonctionner correctement. A un détail près: la recours à l’or est, bien entendu, beaucoup trop onéreux pour permettre une commercialisation. De même, il semble que le DMSO pose quelques problèmes de réactions avec le lithium de l’anode… Au delà de la démonstration de faisabilité de Peter Bruce, il reste donc pas mal de pain sur la planche.

IBM dans la course

La véritable percée viendra peut-être d’IBM dont le projet Battery 500 lancé en 2009 vise justement à réaliser une batterie automobile lithium-air capable d’atteindre les 500 miles d’autonomie, soit environ 800 km. Les chercheurs visent une commercialisation entre 2020 et 2030… Encore un peu de patience, donc, pour que l’autonomie de la voiture électrique puisse vraiment rivaliser avec celle de l’automobile thermique.

Michel Alberganti