Des chercheurs en Chine ont développé une batterie avec des électrodes en composés organiques qui peuvent fonctionner à -70 degrés Celsius, bien plus froide que la température à laquelle les batteries lithium-ion perdent la majeure partie de leur capacité à conduire et à stocker l'énergie. Les résultats, publié le 28 février dans la revue Joule , pourrait aider les ingénieurs à développer une technologie adaptée pour résister aux régions les plus froides de l'espace ou aux régions les plus glaciales de la Terre.

Alors que les batteries peuvent fonctionner dans des climats relativement froids, ils ont leurs limites. La plupart fonctionnent à seulement 50 % de leur niveau optimal lorsque la température atteint -20 degrés Celsius, et par -40 degrés Celsius, les batteries lithium-ion n'ont qu'environ 12% de leur capacité à température ambiante. Cela peut être sévèrement limitatif lorsqu'il s'agit de faire fonctionner des batteries dans l'espace, où les températures peuvent descendre jusqu'à -157 degrés Celsius, ou même dans certaines parties du Canada et de la Russie, où les températures peuvent être inférieures à -50 degrés Celsius.

Mais une équipe de chercheurs sur les batteries a trouvé une conception qui peut fonctionner même là où d'autres batteries pourraient tomber en panne. "Il est bien connu que l'électrolyte (le milieu chimique qui transporte les ions entre les électrodes) et les électrodes (la cathode chargée positivement et l'anode chargée négativement) ont une grande influence sur les performances de la batterie, " dit le Dr Yong-yao Xia, chercheur en batteries au département de chimie de l'université Fudan à Shanghai, Chine.

Quand il fait froid, les électrolytes conventionnels à base d'esters que les batteries lithium-ion utilisent souvent deviennent des conducteurs lents et les réactions électrochimiques qui se produisent à l'interface de l'électrolyte et de l'électrode ont du mal à se poursuivre, ce qui signifie que les batteries lithium-ion ne résistent pas trop bien en ultra -climats froids. C'est un problème qui a constamment contrarié les chercheurs.

L'équipe a expérimenté l'utilisation d'un électrolyte à base d'ester (acétate d'éthyle), qui a un point de congélation bas qui lui permet de conduire une charge même à des températures extrêmement basses. Pour les électrodes, ils ont utilisé deux composés organiques :une cathode en polytriphénylamine (PTPAn) et 1, 4, 5, Anode en polyimide dérivé du dianhydride 8-naphtalènetétracarboxylique (NTCDA) (PNTCDA). Contrairement aux électrodes utilisées dans les batteries lithium-ion, ces composés organiques ne reposent pas sur l'intercalation - le processus d'intégration continue des ions dans leur matrice moléculaire, qui ralentit à mesure que la température baisse.

« Bénéficiant des électrodes en électrolyte à base d'acétate d'éthyle et en polymères organiques, la batterie rechargeable peut bien fonctionner à la température ultra-basse de -70 degrés Celsius, " dit Xia.

Xia et son équipe pensent qu'il s'agit peut-être d'une solution plus élégante que les tentatives alternatives pour améliorer le fonctionnement des batteries lithium-ion à des températures extrêmes. D'autres chercheurs sur les batteries ont tenté de remédier au problème en développant des additifs pour chauffer extérieurement les batteries ou en utilisant un électrolyte de gaz liquéfié, mais ces solutions nécessitent des matériaux supplémentaires qui ajoutent un poids supplémentaire.

Xia pense que la composition de la batterie a beaucoup d'autres qualités favorables à la production, trop. « Par rapport aux matériaux d'électrodes contenant des métaux de transition dans les batteries lithium-ion conventionnelles, les matières organiques sont abondantes, peu coûteux, et respectueux de l'environnement, " dit-il. Il estime le prix des matériaux d'électrode à environ un tiers du prix des électrodes dans une batterie lithium-ion.

Cependant, la batterie nécessitera encore quelques ajustements avant qu'elle ne soit prête à quitter le laboratoire. Xia pense que l'énergie spécifique (l'énergie par unité de masse) de la batterie est encore faible par rapport aux batteries lithium-ion commercialisées, et le processus d'assemblage doit être encore optimisé. "Mais même s'il a une faible énergie spécifique, il offre le potentiel le plus prometteur dans des applications spéciales sur le terrain, " dit Xia.