Incursion dans la pile Li-ion
Vous rêvez du jour où un arrêt à la borne de recharge sera aussi bref qu’un arrêt à la station-service?
Dans un article publié aujourd’hui dans la revue Joule, une équipe de recherche de l’Université McGill et de l’Université du Québec à Montréal (UQAM) annonce la mise au point d’une méthode novatrice permettant d’observer en temps réel les processus physiques se déroulant dans les parties liquide et solide des cellules constituant la pile aux ions de lithium, communément appelée « pile Li-ion ».
En nous permettant de mieux comprendre les facteurs influant sur la vitesse de charge et de décharge des piles Li-ion, cette découverte pourrait permettre d’accélérer la recharge d’appareils électroniques et de véhicules d’emploi courant, pour ne pas dire indispensables : ordinateur portable, cellulaire ainsi que vélo, scooter et automobile électriques.
Dirigée par Janine Mauzeroll et Steen B. Schougaard, tous deux professeurs de chimie à l’Université McGill et à l’UQAM, respectivement, l’équipe de recherche a travaillé en collaboration avec une installation de rayonnement synchrotron, la European Synchrotron Radiation Facility (ESRF). Grâce à des rayons X très intenses, l’équipe a pu observer, en temps réel, les changements de la concentration de lithium qui se produisent dans les cellules d’une pile Li-ion en cours de charge ou de décharge.
« Pendant la charge ou la décharge de la pile, le lithium se déplace dans la cellule, tant dans un électrolyte liquide que dans un matériau actif solide, et la rapidité de son parcours est généralement fonction de la vitesse à laquelle il peut passer d’un côté à l’autre de la cellule en traversant ces deux phases », explique Jeremy Dawkins, qui a travaillé à ce projet comme doctorant dans les laboratoires des Prs Schougaard et Mauzeroll. « Nous sommes les premiers à décrire une méthode qui permet de suivre le déplacement du lithium dans les phases liquide et solide d’une pile Li-ion en cours de fonctionnement et, du même coup, de quantifier la performance d’une cellule au niveau moléculaire. »
Jeremy Dawkins à l’œuvre à la European Synchrotron Radiation Facility, à Grenoble, en France. Photo : Isabelle Beaulieu
Cette avancée pourrait avoir des retombées sur la recherche ultraspécialisée dans le domaine des piles, certes, mais également dans le quotidien de monsieur et madame Tout-le-Monde, soit les utilisateurs d’appareils électroniques et de véhicules électriques. « L’intérêt de ces travaux, c’est qu’ils procurent aux équipes de recherche un outil novateur pour étudier la performance des piles Li-ion, ce qui ouvre bien des perspectives qui n’étaient pas envisageables auparavant, poursuit Jeremy Dawkins. Nous espérons qu’ils feront progresser plus rapidement les recherches sur les piles, par exemple par une amélioration beaucoup plus rapide de l’architecture des électrodes. La performance des piles que nous utilisons au quotidien pourrait s’en trouver améliorée. »
L’équipe de recherche se réjouit d’avoir pu mener son étude à bonne fin malgré la COVID-19. En effet, les chercheurs et chercheuses de l’Université McGill et de l’UQAM étaient à Montréal, mais l’ESRF – établissement où se faisaient les calculs – est situé à Grenoble, en France. Or, en 2020, lorsque les administrations publiques ont restreint les déplacements en raison de la pandémie, le sort de l’étude est tout à coup devenu incertain. « La Faculté des sciences de McGill et celle de l’UQAM ont accordé des exemptions qui ont permis à des membres de l’équipe de se déplacer pour que les évaluations puissent être réalisées », se remémore la Pre Mauzeroll. « Nos collaborateurs de l’ESRF, en France, ont fait l’impossible pour évaluer nos échantillons en plein cœur de la pandémie, ajoute Jeremy Dawkins. La volonté et une bonne dose de chance aidant, nous avons réussi à faire les évaluations dont nous avions besoin dans le peu de temps qui nous était imparti. »
L'étude
Mapping the total lithium inventory of Li-ion batteries par Jeremy Dawkins, Janine Mauzeroll, et al, a été publié dans Joule.
