Quand il fait froid en hiver, les voitures ont tendance à avoir des problèmes de démarrage. Ce n'est pas beaucoup mieux avec les voitures électriques, qui perdent inévitablement la capacité de leurs batteries lithium-ion rechargeables à des températures glaciales. Maintenant, Des scientifiques chinois ont proposé une stratégie pour éviter de plonger la cinétique de la batterie. Dans une étude publiée dans la revue Angewandte Chemie , ils ont conçu un système de batterie avec une anode en carbone dur résistant au froid et une puissante cathode riche en lithium, avec l'importante étape initiale de lithiation intégrée.

Le carbone "non graphitable" ou "dur" est un matériau d'anode à faible coût dans la technologie des batteries. Même à basse température, il présente une cinétique d'intercalation rapide des ions lithium. Pendant la charge/décharge d'un élément de batterie, les ions lithium migrent de la cathode à travers un électrolyte vers l'anode et vice versa. Si le matériau anodique, qui est souvent du graphite, contient du lithium préstocké, le changement de volume par les ions lithium entrants est nivelé pour assurer une durée de vie de la cellule plus longue et une cinétique de charge/décharge plus rapide. Le carbone dur prélithié a fait ses preuves en tant que matériau robuste dans les condensateurs lithium-ion. Cependant, le processus de prélithiation, qui implique une électrode de lithium pur, est compliqué et coûteux. Les stratégies alternatives de prélithiation sont donc privilégiées par Yonggang Wang et son équipe de l'université de Fudan, Shanghaï, Chine.

Au lieu de l'électrode supplémentaire au lithium, ils ont introduit une électrode de phosphate de vanadium riche en lithium à la fois pour la lithiation et le fonctionnement normal de la batterie. La cathode perd une partie de ses ions lithium vers l'anode lors du premier processus de charge où ils sont intercalés et stockés. Puis, les scientifiques ont combiné la cathode de phosphate de vanadium réduit en lithium et l'anode en carbone dur prélithié (LixC) pour former un système de batterie lithium-ion fonctionnel. Cette cellule complète "conserve les caractéristiques de densité d'énergie élevée des batteries lithium-ion conventionnelles et présente une puissance élevée et une longue durée de vie de type supercondensateur, " ont expliqué les scientifiques. De plus, il conserve environ les deux tiers de sa capacité à des températures aussi basses que moins 40 degrés Celsius. Les batteries lithium-ion conventionnelles n'en conservent que 10 pour cent. "Cette réalisation découle de la capacité inhérente à basse température de la cathode en phosphate de vanadium et de la cinétique rapide de l'anode en carbone dur prélithiée, " ont déclaré les auteurs. De nombreux autres tests ont montré que ces batteries remplissaient les autres paramètres des cellules électrochimiques.

Un défaut, toujours, est l'électrolyte qui perd sa conductivité dans des conditions extrêmement froides. Si ce point est résolu, ce système pourrait fournir une conception attrayante pour de meilleures performances, moteurs de voitures électriques résistants à l'hiver.