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 publiĂ© aujourd’hui dans la revue Joule, une Ă©quipe de recherche de l’UniversitĂ© Ć˝ĚŘÎ岻ÖĐ et de l’UniversitĂ© du QuĂ©bec Ă MontrĂ©al (UQAM) annonce la mise au point d’une mĂ©thode novatrice permettant d’observer en temps rĂ©el les processus physiques se dĂ©roulant dans les parties liquide et solide des cellules constituant la pile aux ions de lithium, communĂ©ment appelĂ©e « 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.
DirigĂ©e par Janine Mauzeroll et Steen B. Schougaard, tous deux professeurs de chimie Ă l’UniversitĂ© Ć˝ĚŘÎ岻ÖĐ et Ă l’UQAM, respectivement, l’équipe de recherche a travaillĂ© en collaboration avec une installation de rayonnement synchrotron, la European Synchrotron Radiation Facility (ESRF). Grâce Ă des rayons X très intenses, l’équipe a pu observer, en temps rĂ©el, les changements de la concentration de lithium qui se produisent dans les cellules d’une pile Li-ion en cours de charge ou de dĂ©charge.
« 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 rĂ©jouit d’avoir pu mener son Ă©tude Ă bonne fin malgrĂ© la COVID-19. En effet, les chercheurs et chercheuses de l’UniversitĂ© Ć˝ĚŘÎ岻ÖĐ et de l’UQAM Ă©taient Ă MontrĂ©al, mais l’ESRF – Ă©tablissement oĂą se faisaient les calculs – est situĂ© Ă Grenoble, en France. Or, en 2020, lorsque les administrations publiques ont restreint les dĂ©placements en raison de la pandĂ©mie, le sort de l’étude est tout Ă coup devenu incertain. « La FacultĂ© des sciences de Ć˝ĚŘÎ岻ÖĐ et celle de l’UQAM ont accordĂ© des exemptions qui ont permis Ă des membres de l’équipe de se dĂ©placer pour que les Ă©valuations puissent ĂŞtre rĂ©alisĂ©es », se remĂ©more la Pre Mauzeroll. « Nos collaborateurs de l’ESRF, en France, ont fait l’impossible pour Ă©valuer nos Ă©chantillons en plein cĹ“ur de la pandĂ©mie, ajoute Jeremy Dawkins. La volontĂ© et une bonne dose de chance aidant, nous avons rĂ©ussi Ă faire les Ă©valuations dont nous avions besoin dans le peu de temps qui nous Ă©tait imparti. »
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 par Jeremy Dawkins, Janine Mauzeroll, et al, a été publié dans Joule.
