John Goodenough, le père de la batterie lithium-ion, invente une technologie encore plus performante

Article paru le 7 mars 2017

Le nom de John Goodenough ne vous est peut-être pas familier. Pourtant, ce professeur de génie mécanique et de science des matériaux à l'université du Texas, à Austin (États-Unis), est à l'origine d'une des inventions majeures de ces dernières décennies : la batterie lithium-ion. Si Sony en a débuté la commercialisation, c'est bien à John Goodenough et son équipe de chercheurs de l'université d'Oxford (Royaume-Uni) que l'on doit l'identification et le développement du matériaumatériau servant de cathodecathode aux batteries lithium-ion que l'on trouve aujourd'hui dans la plupart des appareils électroniques mobiles (smartphones, tablettestablettes, PCPC portables...) et sans fil ainsi que dans les voitures électriquesvoitures électriques.

Aujourd'hui âgé de 94 ans, le professeur Goodenough continue non seulement d'enseigner, mais il va peut-être révolutionner une seconde fois le monde des batteries. En compagnie de la professeure Maria Helena Braga et d'une équipe de la Cockrell School of Engineering de l'université du Texas, il a développé un nouveau type de batterie à électrolyte solide censée allier performances, sécurité et faible coût de production.

Dans un article publié dans la revue Energy and Environmental Science, ces scientifiques expliquent que leurs batteries offrent une densité énergétique trois fois plus élevée que celle des batteries lithium-ion tout en étant non inflammables, plus endurantes et compatibles avec des systèmes de charge rapide. Pour parvenir à ce résultat si prometteur, le professeur Goodenough et son équipe ont développé un électrolyte solidesolide à base de verre avec une anodeanode en métalmétal alcalin pouvant être composée de lithium, de sodiumsodium ou de potassiumpotassium.

Le professeur Goodenough, 94 ans, continue à enseigner à l’université du Texas tout en poursuivant ses travaux sur les batteries à électrolyte solide. © University of Texas at Austin

Une batterie à électrolyte solide qui peut fonctionner jusqu'à -20 °C

En optant pour un électrolyte solide, les chercheurs ont notamment pu prévenir la formation de dendritesdendrites. Il s'agit d'excroissances se formant à la longue sous l'effet des contractions et des gonflements que subit le lithium durant les cycles charge-décharge de la batterie. Ces dendrites peuvent endommager le séparateur en polymèrepolymère qui isole l'anode et la cathode et provoquer un court-circuitcourt-circuit susceptible de déboucher sur l'incendie voire l'explosion de la batterie. Ce type de court-circuit peut se produire si la charge de la batterie est trop rapide ou si celle-ci est exposée à une température trop basse.

Or, justement, la nouvelle batterie conçue par John Goodenough a comme autre avantage de pouvoir fonctionner à des températures très basses allant jusqu'à -20 °C. Par ailleurs, elle offre une très bonne endurance. Les tests en laboratoire ont permis de réaliser 1.200 recharges sans perte de performances. Pour finir, le fait de pouvoir substituer le lithium par du sodium, extrait par exemple de l'eau de mer, offre une alternative à la fois peu onéreuse et respectueuse de l'environnement.

Mais à quelle échéance peut-on s'attendre à voir cette technologie remplacer les batteries lithium-ion ? Difficile à dire. Pour le moment, le professeur Goodenough et son équipe travaillent à peaufiner le procédé, à le sécuriser par des brevets et à trouver des partenaires industriels pour réaliser des essais, notamment avec des voitures électriques. L'université du Texas précise que ces travaux ne bénéficient d'aucun financement extérieur et que des accords de licence sont en train d'être négociés avec un certain nombre d'entreprises du secteur. À suivre donc...