Le TAQ, un candidat potentiel pour remplacer le cobalt dans les batteries

Une équipe de chercheurs du MIT a conçu une nouvelle matière pour les batteries qui serait capable d’offrir une solution plus durable pour alimenter les véhicules électriques. Cette innovation serait en mesure de réduire les coûts financiers, environnementaux et sociaux associés à l’utilisation du cobalt dans les batteries actuelles.

Une nouvelle conception de batterie sans cobalt ni nickel

De nombreux véhicules électriques sont alimentés par des batteries contenant du cobalt, un métal qui présente des coûts financiers, environnementaux et sociaux élevés. Les chercheurs du MIT ont conçu une matière pour les batteries qui pourrait offrir une alternative plus durable. La nouvelle batterie lithium-ion comprend une cathode basée sur des matériaux organiques, au lieu du cobalt ou du nickel (un autre métal souvent utilisé dans les batteries lithium-ion).

Dans une nouvelle étude, les chercheurs ont démontré que ce matériau, qui pourrait être produit à un coût bien inférieur à celui des batteries contenant du cobalt, peut conduire l’électricité à des taux similaires à ceux des batteries au cobalt. La nouvelle batterie a également une capacité de stockage comparable et peut être chargée plus rapidement que les batteries au cobalt, rapportent les chercheurs.

Des alternatives au cobalt

La plupart des voitures électriques sont alimentées par des batteries lithium-ion, un type de batterie qui est rechargé lorsque les ions lithium circulent d’une électrode positivement chargée, appelée cathode, à une électrode négativement chargée, appelée anode. Dans la plupart des batteries lithium-ion, la cathode contient du cobalt, un métal qui offre une grande stabilité et une haute densité énergétique.

Le cobalt présente toutefois des inconvénients significatifs. En tant que métal rare, son prix peut fluctuer de manière dramatique, et une grande partie des dépôts de cobalt dans le monde se trouvent dans des pays politiquement instables. L’extraction du cobalt crée des conditions de travail dangereuses et génère des déchets toxiques qui contaminent la terre, l’air et l’eau environnants.

Des performances solides

Les tests de ce matériau ont montré que sa conductivité et sa capacité de stockage étaient comparables à celles des batteries traditionnelles contenant du cobalt. De plus, les batteries avec une cathode TAQ peuvent être chargées et déchargées plus rapidement que les batteries existantes, ce qui pourrait accélérer le taux de charge pour les véhicules électriques.

Pour stabiliser le matériau organique et augmenter sa capacité à adhérer au collecteur de courant de la batterie, qui est fait de cuivre ou d’aluminium, les chercheurs ont ajouté des matériaux de remplissage tels que la cellulose et le caoutchouc. Ces matériaux de remplissage représentent moins d’un dixième du composite de cathode global, ils ne réduisent donc pas significativement la capacité de stockage de la batterie.

Vers une production à grande échelle

Les matériaux principaux nécessaires pour fabriquer ce type de cathode sont un précurseur de quinone et un précurseur d’amine, qui sont déjà disponibles commercialement et produits en grandes quantités en tant que produits chimiques de base. Les chercheurs estiment que le coût du matériel pour assembler ces batteries organiques pourrait être d’environ un tiers à la moitié du coût des batteries au cobalt.

Lamborghini a acquis la licence du brevet sur cette technologie. Le laboratoire de Dincă prévoit de continuer à développer des matériaux de batterie alternatifs et explore le remplacement possible du lithium par du sodium ou du magnésium, qui sont moins chers et plus abondants que le lithium.

En synthèse

La recherche sur les alternatives au cobalt dans les batteries de véhicules électriques est un domaine d’étude en pleine expansion. L’équipe du MIT a fait un pas significatif dans cette direction en développant une nouvelle matière pour les batteries basée sur des matériaux organiques. Bien que des tests supplémentaires soient nécessaires, les premiers résultats sont prometteurs, montrant une conductivité et une capacité de stockage comparables à celles des batteries traditionnelles contenant du cobalt.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que le cobalt et pourquoi est-il utilisé dans les batteries ?

Le cobalt est un métal qui offre une grande stabilité et une haute densité énergétique, ce qui le rend idéal pour une utilisation dans les batteries. Cependant, son extraction présente des inconvénients significatifs, notamment des conditions de travail dangereuses et la production de déchets toxiques.

Quelle est l’alternative proposée par les chercheurs du MIT ?

Les chercheurs du MIT ont développé une nouvelle matière pour les batteries basée sur des matériaux organiques. Cette matière pourrait être produite à un coût bien inférieur à celui des batteries contenant du cobalt et présente des performances comparables en termes de conductivité et de capacité de stockage.

Quels sont les avantages de cette nouvelle matière pour les batteries ?

Outre la réduction des coûts de production, cette nouvelle matière pourrait atténuer les problèmes environnementaux et sociaux associés à l’extraction du cobalt. De plus, elle pourrait accélérer le taux de charge pour les véhicules électriques.

Quels sont les prochains pas pour cette recherche ?

Le laboratoire de Dincă prévoit de continuer à développer des matériaux de batterie alternatifs et explore le remplacement possible du lithium par du sodium ou du magnésium, qui sont moins chers et plus abondants que le lithium.

Qui a financé cette recherche ?

Cette recherche a été financée par Lamborghini, qui a également acquis la licence du brevet sur cette technologie.

Références

Légende illustration : Un nouveau matériau de batterie du MIT pourrait offrir un moyen plus durable d’alimenter les voitures électriques. Au lieu du cobalt ou du nickel, la nouvelle batterie lithium-ion comprend une cathode basée sur des matériaux organiques. Sur cette image, les molécules de lithium sont représentées en rose vif.

Article : « A Layered Organic Cathode for High-Energy, Fast-Charging, and Long-Lasting Li-Ion Batteries » – DOI: 10.1021/acscentsci.3c01478