La technologie de récupération de capacité de Toyota pourrait être le moyen le plus rapide de redonner vie aux batteries lithium-ion sans les démanteler.
La demande d’une autonomie plus longue, d’une recharge plus rapide et d’une durée de vie accrue des batteries lithium-ion augmente avec la demande croissante de véhicules électriques et d’appareils électroniques grand public. Cette exigence pousse à la recherche et au développement de matériaux d’électrode, de capacités de fabrication et d’innovations en matière de conception de cellules.
Un problème majeur lié à la durabilité des batteries est leur dégradation au fil du temps. Les chercheurs développent des additifs d’électrolyte pour améliorer la stabilité des matériaux d’électrode et ralentir le processus de dégradation. De plus, les algorithmes d’apprentissage automatique peuvent détecter les premiers signes de dégradation et prédire la durée de vie de la batterie afin de prolonger celle-ci.
Batteries de véhicules électriques usagées. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Adobe Stock
Une autre façon de résoudre ce problème est de recycler les batteries usagées. Cependant, ce processus est long et énergivore.
Les chercheurs de Toyota ont proposé une solution unique pour raccourcir l’intervalle de recyclage et augmenter la durée de vie de la batterie en injectant des réactifs. Leur réactif de récupération peut régénérer les batteries dont la capacité est dégradée, même dans le cas de batteries haute capacité, offrant ainsi une nouvelle alternative pour les systèmes de batteries circulaires.
Régénération de capacité pour les batteries lithium-ion
Lors de la décharge, les ions d’une batterie lithium-ion se déplacent de l’anode (électrode négative) à la cathode (électrode positive). Ce flux alimente les appareils électroniques. Le flux s’inverse lorsque la batterie se recharge. Au fil du temps, des réactions chimiques et des changements physiques peuvent réduire la capacité de la batterie. Si la détérioration de la batterie est due à des réactions chimiques ou à la perte d’ions porteurs, certaines techniques peuvent potentiellement améliorer ses performances. Une méthode est la régénération, qui implique des cycles de décharge et de recharge contrôlés pour équilibrer la chimie interne et améliorer l’efficacité du flux des ions.
Les chercheurs de Toyota ont présenté un procédé en une seule étape consistant à injecter des réactifs pour contrer la perte d’ions. Lors de la charge de la batterie, la décomposition irréversible avec l’électrolyte à l’interface de l’anode consomme des ions lithium positifs, formant un film d’interface électrolyte-solide (SEI). La formation du SEI est responsable de la perte d’ions porteurs. Les chercheurs ont trouvé un moyen de fournir des ions lithium positifs à la cathode et des électrons par le biais d’une réaction de réduction chimique en utilisant le naphtalénure de lithium en tant que réactif réducteur.
Illustration du processus de récupération de la batterie. Image avec l’aimable autorisation de Toyota
Le réactif de récupération a pu inverser la dégradation de la batterie et restaurer jusqu’à 80% de sa capacité d’origine. Les chercheurs ont également mentionné que la batterie récupérée a conservé ses performances pendant 100 cycles de charge et de décharge. Ils ont réalisé cela en contrôlant le potentiel de réaction du réactif de récupération grâce à l’effet diélectrique. De plus, ils ont rapporté que le composé de naphtalénure convient pour contrôler la constante diélectrique et traiter de grands volumes de batteries dégradées.
Les scientifiques de Toyota ont testé leur méthode sur jusqu’à quatre batteries pratiques de classe Ah. Ils pensent que leur méthode pourrait permettre d’économiser de l’argent et des ressources, car les batteries lithium-ion contiennent des matériaux précieux tels que le cobalt et le nickel. Cependant, cette méthode n’est pas adaptée aux batteries avec des électrodes endommagées ou présentant une quelconque détérioration. Il est également nécessaire de diagnostiquer l’état de la batterie avant d’injecter le réactif.