EN BREF :
• Le défi des énergies renouvelables ? Le stockage de l’énergie verte. Soit garder l’énergie lors de sa production et pouvoir l’utiliser ensuite quand on en a besoin
• La découverte des chercheur·euses de l’UCLouvain ? Un nouveau matériau ultra-performant et sûr, le LTPS, capable d’augmenter la vitesse de charge et décharge d’une batterie, à une vitesse encore jamais observée jusqu’à aujourd’hui. Ces résultats sont publiés dans la prestigieuse revue scientifique Chem du groupe Cell Press
• Concrètement, si les premiers tests se confirment, ce nouveau matériau permettra de concevoir les batteries du futur (stockage de l’énergie plus important, charge rapide, solidité renforcée) pour les smartphones, vélos ou voitures électriques.
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Les sources d’énergies renouvelables comme l’éolien ou le photovoltaïque sont par nature intermittentes. Et, les pics de production ne correspondent pas nécessairement aux pics de consommation. Un des grands défis posés par la transition énergétique est donc le stockage de l’énergie verte lorsqu’elle est produite (en journée pour le photovoltaïque ou lorsque le vent souffle suffisamment pour l’éolien) afin de pouvoir l’utiliser lorsqu’on en a besoin.
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Nous montrons ici que LiTi 2 (PS 4 ) 3 présente un coefficient de diffusion Li-ion
d'environ un ordre de grandeur supérieur à celui des conducteurs superioniques
Li les plus récents. Nous rationalisons cette observation par la structure cristalline
inhabituelle de LiTi 2 (PS 4 ) 3, qui n'offre aucun site tétraédrique ou octaédrique
régulier à occuper favorablement par Li. Cela crée un paysage énergétique lisse
et frustré ressemblant davantage aux paysages énergétiques présents dans les
liquides que dans les solides classiques. Ce paysage énergétique frustré conduit
à un coefficient de diffusion élevé, combinant une faible énergie d'activation et
un pré-facteur élevé.
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Ce qui existe aujourd’hui :
En termes de stockage par batterie, la technologie ion-lithium est actuellement la plus performante. Cette technologique est utilisée dans la petite électronique (smartphone, ordinateurs portables) et considérée comme la meilleure option pour les voitures électriques. Inconvénient ? Ces batteries ion-Li présentent, dans certains cas (erreur de fabrication), des risques d’inflammation. En cause, la présence dans la batterie d’un liquide organique indispensable, l’électrolyte, mais aussi hautement inflammable.
La solution ? Remplacer cet électrolyte liquide et inflammable par un solide (c’est-à-dire passer à l’utilisation de batteries dites « tout-solide »). Une étape difficile à franchir entre autres parce que les ions lithium dans les solides sont moins mobiles que dans les liquides. Ce qui limite les performances de la batterie en matière de vitesse de charge et de décharge.
La découverte des chercheur·euses UCLouvain
Les scientifiques recherchent donc depuis plusieurs années des matériaux qui permettraient d’inventer cette batterie du futur, dite tout-solide. Un matériau du futur qu’ont aujourd’hui découvert les chercheur·euses de l’UCLouvain.
Son nom ? Le LiTi2(PS4)3 ou LTPS. Les chercheur·euses de l’UCLouvain ont observé dans ce matériau le plus grand coefficient de diffusion du lithium (une mesure directe de la mobilité) jamais mesuré dans un solide. LTPS présente un coefficient de diffusion largement supérieur aux autres matériaux connus. Des résultats (1) publiés dans la prestigieuse revue scientifique Chem du groupe Cell Press.La découverte ? Cette mobilité du lithium provient de la structure cristalline unique (l’arrangement des atomes) du matériau. La compréhension de ce mécanisme ouvre de nouvelles perspectives dans le domaine des solides conducteurs de lithium et, au-delà du LTPS, ouvre la voie à la recherche d’autres matériaux ayant des mécanismes de diffusion similaires.
La suite ? Les chercheurs doivent analyser plus en amont ce nouveau matériau, pour garantir sa commercialisation dans le futur. Cette découverte constitue néanmoins un pas important dans la compréhension des matériaux à haute mobilité de lithium et vers le développement in fine des batteries du futur, offrant une alternative plus sure aux batteries actuelles.
L’usage pour le grand public ? Des smartphones en passant par les vélos et voitures électriques, le LTPS pourrait être utilisé dans de nombreux outils technologiques de notre vie quotidienne.
Cette découverte a été réalisée grâce, notamment, à un financement et une collaboration avec Toyota (l’entreprise automobile est fortement intéressée à utiliser ce nouveau matériau pour mettre au point une nouvelle génération de voitures électriques, plus sures et davantage autonomes). Les chercheur·euses UCLouvain ont également déposé un brevet, garantissant leur rôle d’inventeur en lien avec ce nouveau matériau.
1 Découverte des chercheur·euses de l’UCLouvain, en collaboration avec des scientifiques de l’Université de Marburg, de l’Université technique de Münich et de l’Université de Graz
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