Une solide avancée pour les batteries du futur

Le professeur Jérôme Claverie et Vincent St-Onge, étudiant au doctorat en chimie.
Le professeur Jérôme Claverie et Vincent St-Onge, étudiant au doctorat en chimie.
Photo : Michel Caron

L’équipe de recherche du professeur Jérôme Claverie, de l’Université de Sherbrooke, a développé la première batterie solide fonctionnant à température ambiante, promettant des avancées majeures, entre autres dans l’électrification des transports.

Au Canada, le secteur du transport est la deuxième plus grande source d’émission de gaz à effet de serre. Dans le but de réduire ces émissions au niveau national, le gouvernement canadien vise à ce que 100 % des véhicules légers neufs vendus soient des véhicules à zéro émission d’ici 2035, un objectif ambitieux! Les véhicules à zéro émission ont la capacité de fonctionner sans essence, et sont constitués, entre autres, des véhicules électriques à batterie.

Dans le but de participer à l’essor des véhicules électriques, Hydro-Québec travaille au développement de nouvelles batteries plus performantes à coût abordable, si bien que la société d’État se place comme un leader mondial en la matière. En 2020, Hydro-Québec a entamé un partenariat de trois ans avec Mercedes-Benz avec l’objectif de doubler l’autonomie des voitures électriques en utilisant des batteries à électrolyte solide, un type de batterie en développement sur lequel Hydro-Québec travaille depuis plus de 20 ans.

Comparées aux batteries lithium-ion liquides qui dominent présentement l’industrie des véhicules électriques, les batteries solides sont beaucoup plus sécuritaires. Les batteries lithium-ion liquides peuvent prendre feu en cas d’accident, en raison de l’électrolyte inflammable qu’elles contiennent (on se souvient des accidents liés au Samsung Galaxy Note 7, qui utilisent la même technologie d’électrolytes liquides). Les batteries solides quant à elles ne contiennent pas d’électrolyte inflammable. Elles peuvent donc être pliées, comprimées ou perforées sans danger.

Un problème majeur dans le développement des batteries solides est la cristallisation de l’électrolyte. Dans une batterie, des particules chargées, appelées ions, doivent circuler afin de créer un courant électrique. Lorsque l’électrolyte cristallise, toutes ses molécules s’organisent de façon compacte, un peu comme un mur de briques fermement assemblé. Les ions ne peuvent alors plus se déplacer librement dans l’électrolyte. Dans le passé, il était possible de contrer la cristallisation en augmentant la température autour de 70 ˚C, ce qui est assez peu pratique puisqu’il faut alors une autre batterie pour chauffer la batterie principale!

Vincent St-Onge, étudiant au doctorat en chimie, présentant un prototype de batterie comprenant le nouveau composé.
Vincent St-Onge, étudiant au doctorat en chimie, présentant un prototype de batterie comprenant le nouveau composé.
Photo : Michel Caron

Récemment, les étudiants du professeur Jérôme Claverie ont eu l’idée d’ajouter des imperfections dans l’électrolyte afin de réduire sa cristallinité, selon une technique appelée la copolymérisation statistique. Un peu comme si des briques de forme irrégulière étaient ajoutées au hasard lors de l’assemblage d’un un mur constitué de briques rectangulaires, les imperfections ont créé des trous dans l’électrolyte, qui permettaient aux ions de circuler librement. La conductivité observée était alors de quelques centaines à de quelques milliers de fois plus importante lorsque des imperfections étaient ajoutées dans l’électrolyte. La batterie assemblée avec cet électrolyte solide constitue le premier cas de batterie solide pouvant opérer à température ambiante, une avancée majeure dans le domaine des batteries solides.

La batterie développée par l’équipe du professeur Claverie a une capacité comparable aux autres batteries au lithium et elle résiste à plusieurs cycles de charge/décharge sans perdre de sa capacité. En plus d’avoir des applications dans les véhicules électriques et dans l’emmagasinage d’énergie provenant du soleil et du vent, la batterie solide pourrait être flexible. Jusqu’ici impossible, des batteries flexibles pourraient ouvrir la voie à des vêtements comportant de l’électronique intégrés. On peut par exemple s’imaginer des chandails portant des capteurs flexibles intégrés, donnant en temps réel des informations sur l’état de santé de la personne qui le porte, et ayant des applications autant en médecine que dans le domaine des sports, de quoi donner espoir pour les prochains Jeux Olympiques!