L‘un des plus grands obstacles, qui empêchent les véhicules électriques de vraiment prendre leur essor, est leur autonomie. Grâce aux progrès rapides de la technologie des batteries, vous pouvez maintenant conduire certaines voitures électriques sur quelques centaines de kilomètres en une charge. C’est plus que suffisant pour la conduite en ville ou les trajets courts et moyens, mais pour d’autres applications, ce genre de kilométrage ne suffit pas. Idéalement, vous devriez recharger votre véhicule aussi rapidement qu’il le faudrait pour remplir le réservoir d’un véhicule à essence ou diesel conventionnel, et cela pourrait bientôt arriver.

Image d’entête : dans une batterie, les ions circulent de la cathode à l’anode, ce qui entraîne une charge d’énergie positive pour l’unité. (Chao-Yang Wang Lab/ Université d’État de Pennsylvanie)

Bon nombre des propriétaires laissent leur véhicule électrique se recharger pendant la nuit. Une prise électrique standard de 120 volts fournit suffisamment d’énergie pour charger de 3 à 8 km de portée par heure, tandis qu’une prise de 240 volts peut fournir 15 à 30 km. Le surcompresseur (Superchargers) du constructeur américain Tesla (480 volts en courant continu) utilise des circuits haute puissance dans des stations de charge publiques pour recharger jusqu’à 270 km de portée en seulement 30 minutes. Cependant, vous ne pouvez pas simplement continuer à augmenter la puissance pour augmenter la vitesse de charge. À un moment donné, il y a un seuil physique où trop de puissance, trop vite, fera perdre à la batterie ses performances.

La raison pour laquelle les fabricants n’ont pas été en mesure d’augmenter la vitesse de charge est due au lithium métallique qui se forme autour de l’anode, endommageant la batterie lorsque trop d’énergie est réinjectée de force.

Mais les ingénieurs de l’université d’État de Pennsylvanie (Penn State) ont peut-être trouvé une solution. L’équipe, dirigée par Xiao-Guang Yang, a chauffé une batterie standard, composée de cellules et de modules actuellement utilisés par les véhicules électriques opérationnels, à environ 60°C et elle a maintenu cette température pendant la charge. Dans de telles conditions, les batteries ont été chargées à 80 % de leur capacité en moins de 10 minutes, ce qui a ajouté environ 320 km de portée.

Bien qu’il y ait eu du chauffage, la performance de la batterie n’a pas été affectée. Les résultats suggèrent qu’elles ont conservé 91,7 % de leur capacité après 2 500 cycles de charge-décharge, ce qui correspond à environ 800 000 km de fonctionnement.

Selon les chercheurs, l’astuce de ce type de charge rapide réside dans un chauffage rapide. Pour ce faire, ils ont utilisé une feuille de nickel enroulée autour des batteries, ce qui a fait passer la température des batteries de la température ambiante à 60 °C en seulement 30 secondes. À cette température, le lithium ne se forme pas sur l’anode. L’inconvénient est qu’il peut également dégrader la batterie, mais ce n’est un problème que si la chaleur est appliquée pendant trop longtemps. À 10 minutes par charge, la température élevée n’est pas un problème. Du moins, selon M. Wang, les avantages d’une courte montée de température l’emportent de loin sur les conséquences négatives.

A l’avenir, les fabricants pourraient utiliser cette technique dans leurs dernières batteries. Le défi technique consiste à maintenir une température élevée dans diverses conditions environnementales. En outre, vous auriez également besoin d’une infrastructure de charge rapide, car l’énergie nécessaire ne peut pas être générée à domicile. Mais tout cela est faisable.

Wang et ses collègues espèrent maintenant travailler sur une conception qui pourrait charger 80% d’une batterie en seulement cinq minutes.

L’étude publiée dans la revue Joule : Asymmetric Temperature Modulation for Extreme Fast Charging of Lithium-Ion Batteries et  présentée sur le site de l’université Penn State : In and out with 10-minute electrical vehicle recharge.