Près de 40 ans après avoir contribué à l’invention de la première batterie lithium-ion, John Goodenough travaille toujours en laboratoire, en plus d’enseigner au Cockrell School of Engineering de l’université du Texas à Austin, et continue d’innover – cette fois il travaille sur un nouveau type d’électrolyte. Il vient de développer la première batterie solide qui pourrait conduire à la mise en marché de batteries plus sécuritaires, à recharge plus rapide et à durée prolongée à utiliser dans les appareils mobiles, les véhicules électriques et l’entreposage d’électricité.
Pour ces travaux, il s’est associé avec Mme Maria Helena Braga, chercheure senior du Cockrell School. Leur batterie entièrement solide est plus économique et non combustible, en plus d’avoir une durée de vie prévue prolongée, une forte densité énergétique volumétrique ainsi qu’une recharge rapide. Les deux ingénieurs ont publié les résultats de leurs recherches dans le journal Energy & Environmental Science, que l’on peut consulter en cliquant ici.
M. Goodenough mentionne que « cette batterie (avec les particularités mentionnées précédemment) est cruciale pour que les véhicules électriques soient acceptées plus facilement. Nous croyons que notre invention solutionne plusieurs difficultés des batteries actuelles ».
Ces deux chercheurs ont démontré que leur nouvelle batterie contient trois fois plus d’énergie que les batteries lithium-ion actuelles, ce qui augmente considérablement l’autonomie des véhicules. Ils ont également démontré que leur batterie peut être rechargée un plus grand nombre de fois, ce qui multiplie sa durée de vie utile, en plus de permettre une recharge plus rapide (quelques minutes plutôt que des heures).
Les batteries lithium-ion actuelles transportent les ions entre l’anode et la cathode à l’aide d’électrolytes liquides. Si la batterie est rechargée trop rapidement, il peut se créer des genres de filaments de métal, genre de scories, flottant dans le liquide, développant un court-circuit pouvant mener à l’inflammation et même à l’explosion de la batterie. Les chercheurs ont remplacé les électrolytes liquides par les électrolytes de verre permettant l’utilisation d’une anode de métal alcalin qui ne produit pas de scories.
L’utilisation d’une anode en métal alcalin (lithium, sodium ou potassium) – ce qui est impossible dans les batteries conventionnelles – augmente la densité d’énergie d’une cathode et donne un long cycle de vie. Lors des expériences effectuées, les chercheurs ont prouvé la possibilité de plus de 1 200 recharges avec peu de résistance des cellules.
De plus, parce que les électrolytes de verre fonctionnent, ont une haute conductivité, à 20 degrés Celsius sous zéro, ce type de batterie pourrait très bien fonctionner dans des climats très froids. C’est la première batterie qui peut fonctionner même à 60 degrés Celsius sous zéro.
Madame Braga a développé l’utilisation d’électrolytes en verre solide avec des collègues alors qu’elle était à l’université de Porto, au Portugal. Elle a commencé à collaborer avec Monsieur Goodenough et le chercheur Andrew J. Murchison à l’université du Texas à Austin. Elle mentionne que M. Goodenough a démystifié la composition et les propriétés des électrolytes de verre solide, ce qui a conduit au développement de nouvelles électrolytes qui sont désormais couvertes par un droit de patente, par l’entremise du bureau de commercialisation de technologies de l’université du Texas à Austin.
Les électrolytes de verre de ces ingénieurs leur permet de plaquer et décaper les métaux alcalins des cathodes et des anodes sans scories, ce qui simplifie considérablement la fabrication de batteries. De plus, les batteries peuvent être fabriquées à partir de matériaux écologiques.
Mme Braga mentionne également que « les électrolytes de verre permettent de remplacer le lithium par du sodium, ce qui est beaucoup moins dispendieux. Le sodium est extrait de l’eau salée et est tellement disponible » ajoute-t-elle.
M. Goodenough et Mme Braga continuent leurs recherches sur les batteries et travaillent à plusieurs autres inventions couvertes par des brevets. À court terme, ils souhaitent travailler en collaboration avec des manufacturiers d’automobiles et d’équipements d’entreposage d’électricité.
Cette recherche est endossée par l’université du Texas à Austin mais ne bénéficie d’aucune subvention. Le bureau de commercialisation de technologies de l’université négocie présentement des droits d’utilisation de l’invention avec plusieurs entreprises impliquées dans une variété de secteurs utilisant des batteries.
Qui dit qu’on doit prendre sa retraite à 65 ans?…
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