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Une nouvelle batterie viendra-t-elle révolutionner la voiture électrique?

Une Tesla sur la route

La compétition entre les constructeurs de voitures électriques est féroce tant sur les routes que dans les laboratoires.

Photo : iStock

Radio-Canada

[3 de 3] Son autonomie monte en flèche et son coût se rapproche des véhicules à essence. La voiture électrique a fait des pas de géant grâce à l'amélioration des batteries au lithium-ion. La prochaine révolution est-elle pour demain?

Un texte de Tobie Lebel, de Découverte

Les promesses se suivent et se ressemblent : une batterie qui emmagasine trois fois plus d’énergie, une autre qui ne coûte presque rien ou qui se recharge en deux minutes.

À lire les annonces faites par les différents laboratoires de recherche, on a l’impression qu’une révolution est sur le point de se produire. Serait-il donc plus sage d’attendre la prochaine génération de batteries avant de prendre le virage électrique?

Le professeur Jeff Dahn, de l’Université Dalhousie, à Halifax, voit les choses d’un autre oeil. « Les batteries au lithium-ion continuent de s’améliorer, même si les gains sont peut-être moins impressionnants qu’au début », résume le chercheur, qui leur a consacré toute sa carrière et à qui l’on doit déjà plusieurs avancées majeures.

Jeff Dahn

Jeff Dahn est un des seuls partenaires universitaires de Tesla.

Photo : Radio-Canada / Éric Carbonneau

Ses travaux sont aujourd’hui en partie financés par le constructeur américain Tesla, dans le cadre d’un partenariat unique appuyé par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG).

Le programme de recherche qu’il dirige vise des gains à court terme sur trois aspects : la densité énergétique des batteries, leur durée de vie, mais surtout leur coût.

Le reportage de Tobie Lebel et Éric Lemyre a été présenté à Découverte, à ICI Radio-Canada Télé.

L’art du compromis

La grande famille des batteries au lithium-ion regroupe en fait plusieurs chimies différentes, qui ont chacune leurs applications spécialisées. Un téléphone cellulaire, par exemple, n’a pas les mêmes exigences qu’une perceuse ou une voiture.

Ces batteries ont cependant en commun leur construction générale : à l’intérieur d’une cellule, des sels de lithium sont dissous dans un liquide, l’électrolyte, qui leur permet de faire l’aller-retour entre deux électrodes, l’une positive, l’autre négative.

Les différences entre les types de batteries se situent dans l’électrolyte, mais surtout dans la composition du revêtement de chacune des deux électrodes. En modifiant ces ingrédients, on influence les différentes propriétés de la batterie : densité d’énergie, vitesse de recharge, puissance fournie, sécurité, coût, durée de vie, etc.

Une femme procède à des essais dans un laboratoire.

Le laboratoire teste plus de mille recettes différentes par mois.

Photo : Radio-Canada / Éric Carbonneau

Pour les chercheurs, le défi est d’améliorer la recette sans compromettre ce fragile équilibre.

« Par exemple, si on change le revêtement de l’électrode positive pour réduire le coût d’une batterie, il faut parfois des mois ou des années de travail avant de trouver la bonne recette d’électrolyte pour obtenir les performances souhaitées », explique Jeff Dahn.

Accélérer la recherche

Un homme devant une rangée d'ordinateurs.

Les outils développés à Halifax ont donné un coup d’accélérateur à la recherche.

Photo : Radio-Canada / Éric Carbonneau

Le laboratoire de Jeff Dahn est une véritable ruche, où l’on teste chaque mois plus de 1000 recettes de batterie, toutes légèrement différentes.

La durée de vie d’une batterie est un critère primordial, mais c’est aussi le plus difficile à mesurer, selon Jeff Dahn.

Pour une voiture, on vise une durée de vie d’au moins 10 ans. Comme chercheurs, on ne peut pas se permettre de tester chaque cellule pendant 10 ans, alors il a fallu développer des outils diagnostiques avancés pour réduire nos tests à quelques semaines.

Jeff Dahn, titulaire de la Chaire de recherche industrielle CRSNG-Tesla

Son laboratoire dispose d’un véritable arsenal pour mesurer l’infime dégradation d’une batterie entre chaque cycle de recharge ou encore pour détecter la moindre perte de chaleur ou la production de gaz dans une cellule, qui sont autant d’indices de réactions chimiques indésirables qui compromettent la durabilité des batteries.

Plusieurs de ces outils, développés pour accélérer les travaux de Jeff Dahn, ont aussi été adoptés par d’autres équipes en quête de batteries plus performantes, qui peuvent ainsi identifier plus rapidement les filons prometteurs.

Le lièvre et la tortue

Un homme travaille sur une batterie pour une voiture électrique.

Plusieurs laboratoires sont en quête de la batterie électrique de demain.

Photo : Radio-Canada / Jérôme Voyer-Poirier

Avec la popularité croissante des voitures électriques, la recherche sur les batteries est en pleine effervescence et bien des laboratoires espèrent mettre au point la technologie qui va remplacer les batteries au lithium-ion.

On ne sait jamais quand quelqu’un va frapper un coup de circuit. Plusieurs équipes travaillent sur des chimies vraiment intéressantes.

Jeff Dahn, titulaire de la Chaire de recherche industrielle CRSNG-Tesla

Certains de ces travaux pourraient déboucher sur des batteries bien plus performantes qu’à l’heure actuelle. Mais, entre une découverte en laboratoire et la prochaine génération de voitures électriques, le chemin est souvent parsemé d’embûches, comme en témoignent les décennies de travail consacrées à optimiser les batteries au lithium-ion.

En attendant la prochaine révolution technologique, Jeff Dahn continue donc de miser sur le lithium-ion, car même si les gains sont parfois modestes, ils peuvent rapidement se concrétiser dans les prochains modèles. Et, depuis 10 ans, c’est cette approche par petits pas qui a fait faire un bond de géant à la voiture électrique.

Énergie

Science