Malgré la popularité croissante des véhicules électriques, de nombreux consommateurs hésitent encore à franchir le pas. L’une des raisons est qu’il faut beaucoup plus de temps pour recharger une voiture électrique que pour faire le plein d’une voiture classique. Or, accélérer le processus de charge peut endommager la batterie et réduire sa durée de vie. Aujourd’hui, des scientifiques annoncent qu’ils ont conçu des méthodes de recharge ultrarapides conçues pour alimenter différents types de batteries de véhicules électriques en 10 minutes ou moins sans dommage.
« La recharge ultra-rapide est la clé pour accroître la confiance des consommateurs et l’adoption générale des véhicules électriques« , déclare Eric Dufek, docteur, qui présente ces travaux lors de la réunion. « Elle permettrait de recharger les véhicules de manière très similaire à celle d’un plein dans une station-service« . Une telle avancée pourrait aider les États-Unis à atteindre l’objectif du président Biden selon lequel, d’ici 2030, la moitié des véhicules vendus devraient être électriques ou hybrides.
Charger les batteries lithium-ion qui alimentent les véhicules électriques est un exercice d’équilibre délicat. Idéalement, les conducteurs veulent recharger la batterie aussi vite que possible pour reprendre la route, mais avec la technologie actuelle, accélérer le processus peut causer des dommages. Lorsqu’une batterie lithium-ion est chargée, les ions lithium migrent d’un côté du dispositif, la cathode, vers l’autre, l’anode. En faisant migrer les ions lithium plus rapidement, la batterie se charge plus vite, mais il arrive que les ions lithium ne se déplacent pas complètement dans l’anode. Dans ce cas, du lithium métallique peut s’accumuler, ce qui peut provoquer une défaillance précoce de la batterie. Cela peut également entraîner l’usure et la fissuration de la cathode. Tous ces problèmes réduisent la durée de vie de la batterie et l’autonomie effective du véhicule – des conséquences coûteuses et frustrantes pour les conducteurs.
Une solution à cette énigme consiste à adapter le protocole de charge de manière à optimiser la vitesse tout en évitant les dommages pour les nombreux types de batteries actuellement utilisés dans les véhicules. Mais pour mettre au point des protocoles optimaux, il faut disposer d’une énorme quantité de données sur la façon dont les différentes méthodes affectent la durée de vie, l’efficacité et la sécurité de ces dispositifs. La conception et l’état des batteries, ainsi que la possibilité d’appliquer un protocole de charge donné avec l’infrastructure actuelle du réseau électrique, sont également des variables clés.
Pour relever ces défis, M. Dufek et son équipe de recherche de l’Idaho National Laboratory font état de l’utilisation de techniques d’apprentissage automatique qui intègrent les données de charge pour créer des protocoles de charge uniques. En saisissant des informations sur l’état de nombreuses batteries lithium-ion pendant leurs cycles de charge et de décharge, les scientifiques ont entraîné l’analyse d’apprentissage automatique à prédire les durées de vie et les modes de défaillance des différents modèles. L’équipe a ensuite réinjecté ces données dans l’analyse pour identifier et optimiser de nouveaux protocoles qu’elle a ensuite testés sur des batteries réelles.
« Nous avons considérablement augmenté la quantité d’énergie qui peut aller dans une cellule de batterie dans un court laps de temps« , explique Dufek. « Actuellement, nous voyons des batteries se charger à plus de 90 % en 10 minutes sans plaquage de lithium ni fissuration de la cathode. »
Passer d’une batterie presque à plat à une batterie à 90 % de puissance en seulement 10 minutes est très loin des méthodes actuelles, qui, au mieux, peuvent amener un véhicule électrique à pleine charge en une demi-heure environ. Alors que de nombreux chercheurs sont à la recherche de méthodes permettant d’atteindre ce type de charge ultra-rapide, M. Dufek explique que l’un des avantages de leur modèle d’apprentissage automatique est qu’il lie les protocoles à la physique de ce qui se passe réellement dans une batterie.
Les chercheurs prévoient d’utiliser leur modèle pour mettre au point des méthodes encore meilleures et pour aider à concevoir de nouvelles batteries lithium-ion optimisées pour une charge ultra-rapide. Selon M. Dufek, l’objectif ultime est que les véhicules électriques puissent « dire » aux stations de recharge comment alimenter leurs batteries spécifiques rapidement et en toute sécurité.
Les chercheurs remercient le Vehicle Technologies Office du ministère américain de l’énergie pour son soutien et son financement.
L’American Chemical Society (ACS) est une organisation à but non lucratif créée par le Congrès américain. La mission de l’ACS est de faire progresser l’entreprise chimique au sens large et ses praticiens au profit de la Terre et de tous ses habitants. La société est un leader mondial dans la promotion de l’excellence de l’enseignement scientifique et dans l’accès aux informations et aux recherches liées à la chimie par le biais de ses multiples solutions de recherche, de ses revues évaluées par les pairs, de ses conférences scientifiques, de ses livres électroniques et de son périodique hebdomadaire Chemical & Engineering News.
