Une percée dans la recherche sur les batteries pourrait ouvrir la voie à des véhicules électriques plus écologiques et plus économiques

Le virage mondial vers les véhicules électriques prend de l’ampleur, mais l’extraction des matériaux de batterie a des conséquences environnementales importantes et entraîne des coûts élevés.

Récemment, deux études révolutionnaires menées par des scientifiques de l’Université McGill ont ouvert la voie à la mise au point de batteries aux ions de lithium – utilisées dans la fabrication de véhicules électriques – plus économiques et plus écologiques.

Leurs conclusions permettront de produire des batteries qui requièrent des métaux durables et moins coûteux, connus sous le nom de matériaux cathodiques DRX (disordered rock-salt-type ou matériaux cathodiques composés de sels à structure désordonnée).

Dans le cadre de la première étude, les chercheuses et chercheurs en génie, y compris Richie Fong, doctorant en génie des matériaux, ont étudié les cathodes – la composante la plus coûteuse des batteries, généralement fabriquées à partir de métaux non durables comme le cobalt et le nickel. Si le fer semblait être le choix le plus économique, les cathodes à base de fer n’avaient pas, jusqu’à présent, une capacité de stockage suffisante pour alimenter un véhicule électrique à longue autonomie.

Toutefois, les résultats publiés dans Advanced Energy Materials remettent entièrement en cause cette idée. En effet, les scientifiques ont réussi à mettre au point des cathodes DRX à base de fer en modifiant le processus de stockage des électrons, atteignant ainsi une capacité de stockage parmi les plus élevées jamais recensées pour des matériaux similaires. Cette percée pourrait réduire le coût des batteries aux ions de lithium de 20 %.
 

Richie Fong, doctorant en génie des matériaux, mène des recherches sur les cathodes dans un laboratoire de McGill.

Dans une deuxième étude publiée dans Energy & Environmental Science, une équipe dirigée par le Pr Jinhyuk Lee, professeur adjoint au Département de génie des mines et des matériaux et boursier William-Dawson, a révélé le potentiel d’une autre solution durable : le sel de manganèse à structure désordonnée (Mn-DRX). Bien que ce matériau offre une teneur en énergie élevée à un moindre coût, sa faible conductivité électrique et son instabilité structurelle en freinent l’utilisation.

En travaillant avec des scientifiques de l’Institut supérieur coréen des sciences et technologies, l’équipe de recherche a mis au jour une solution novatrice : à l’aide de nanotubes de carbone à parois multiples et d’un liant adhésif servant d’additifs pour électrode, l’équipe a obtenu la plus haute densité d’énergie exploitable jamais enregistrée pour des cathodes Mn-DRX.

« Nos conclusions sont extrêmement prometteuses pour l’avenir du développement des batteries aux ions de lithium, et elles préparent le terrain pour la mise au point de solutions de stockage d’énergie plus abordables et plus durables », explique le Pr Lee, qui précise qu’une collaboration avec un partenaire industriel a été conclue dans l’objectif de commercialiser ces innovations.

Les études

L’article « Redox Engineering of Fe-Rich Disordered Rock-Salt Li-Ion Cathode Materials », par R. Fong, J. Lee et coll., a été publié dans Advanced Energy Materials.
DOI : 10.1002/aenm.202400402

L’article « Nearly all-active-material cathodes free of nickel and cobalt for Li-ion batteries », par E. Lee, J. Lee et coll., a été publié dans Energy & Environmental Science.

DOI : 10.1039/d4ee00551a

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