Malgré la popularité croissante des véhicules électriques, de nombreux consommateurs hésitent encore à faire le saut. L'une des raisons est qu'il faut beaucoup plus de temps pour alimenter une voiture électrique que pour faire le plein d'une voiture conventionnelle. Mais accélérer le processus de charge peut endommager la batterie et réduire sa durée de vie. Maintenant, les scientifiques rapportent qu'ils ont conçu des méthodes de charge ultra-rapides adaptées pour alimenter différents types de batteries de véhicules électriques en 10 minutes ou moins sans dommage.

Les chercheurs présenteront leurs résultats aujourd'hui lors de la réunion d'automne de l'American Chemical Society (ACS).

"La recharge rapide est la clé pour accroître la confiance des consommateurs et l'adoption globale des véhicules électriques", déclare Eric Dufek, Ph.D., qui présente ce travail lors de la réunion. "Cela permettrait à la recharge du véhicule d'être très similaire au remplissage dans une station-service." Une telle avancée pourrait aider les États-Unis à atteindre l'objectif du président Biden selon lequel d'ici 2030, la moitié de tous les véhicules vendus devraient être électriques ou hybrides.

Charger les batteries lithium-ion qui alimentent les véhicules électriques est un exercice d'équilibre délicat. Idéalement, les conducteurs veulent démarrer le plus rapidement possible pour reprendre la route, mais avec la technologie actuelle, accélérer le processus peut causer des dommages. Lors de la charge d'une batterie lithium-ion, les ions lithium migrent d'un côté du dispositif, la cathode, vers l'autre, l'anode. En faisant migrer les ions lithium plus rapidement, la batterie est chargée plus rapidement, mais parfois les ions lithium ne se déplacent pas complètement dans l'anode. Dans cette situation, le lithium métallique peut s'accumuler, ce qui peut déclencher une défaillance précoce de la batterie. Cela peut également provoquer l'usure et la fissuration de la cathode. Tous ces problèmes réduiront la durée de vie de la batterie et l'autonomie effective du véhicule, avec des conséquences coûteuses et frustrantes pour les conducteurs.

Une solution à cette énigme consiste à adapter le protocole de charge de manière à optimiser la vitesse tout en évitant d'endommager les nombreux types de batteries actuellement utilisés dans les véhicules. Mais le développement de protocoles optimaux nécessite une énorme quantité de données sur la façon dont diverses méthodes affectent la durée de vie, l'efficacité et la sécurité de ces dispositifs. La conception et l'état des batteries, ainsi que la possibilité d'appliquer un protocole de charge donné avec l'infrastructure actuelle du réseau électrique, sont également des variables clés.

Pour relever ces défis, Dufek et son équipe de recherche du Laboratoire national de l'Idaho rapportent maintenant l'utilisation de techniques d'apprentissage automatique qui intègrent des données de charge pour créer des protocoles de charge uniques. En saisissant des informations sur l'état de nombreuses batteries lithium-ion pendant leurs cycles de charge et de décharge, les scientifiques ont formé l'analyse d'apprentissage automatique pour prédire les durées de vie et les façons dont différentes conceptions finiraient par échouer. L'équipe a ensuite réinjecté ces données dans l'analyse pour identifier et optimiser de nouveaux protocoles qu'elle a ensuite testés sur de vraies batteries.

"Nous avons considérablement augmenté la quantité d'énergie qui peut entrer dans une cellule de batterie en peu de temps", déclare Dufek. "Actuellement, nous constatons que les batteries se chargent à plus de 90 % en 10 minutes sans placage au lithium ni fissuration de la cathode."

Passer d'une batterie presque vide à une batterie à 90% de puissance en seulement 10 minutes est loin des méthodes actuelles, qui, au mieux, peuvent recharger complètement un véhicule électrique en une demi-heure environ. Alors que de nombreux chercheurs recherchent des méthodes pour réaliser ce type de charge ultra-rapide, Dufek affirme que l'un des avantages de leur modèle d'apprentissage automatique est qu'il lie les protocoles à la physique de ce qui se passe réellement dans une batterie.

Les chercheurs prévoient d'utiliser leur modèle pour développer des méthodes encore meilleures et pour aider à concevoir de nouvelles batteries lithium-ion optimisées pour subir une charge rapide. Dufek dit que l'objectif ultime est que les véhicules électriques soient capables de "dire" aux bornes de recharge comment alimenter leurs batteries spécifiques rapidement et en toute sécurité. + Explorer plus loin

Recharge rapide de la batterie lithium-ion :un bilan