Les inquiétudes autour de la durée de vie des batteries font encore partie des grands défis de la voiture électrique. Cette donnée conditionne la valeur du véhicule dans le temps. Nombreux sont les chercheurs à tenter d'améliorer la durabilité des batteries. Jusqu’ici, les recherches se sont surtout concentrées sur la chimie des cellules, les matériaux ou les logiciels de gestion de la recharge. Mais une équipe de l’Université de Cambridge vient de rappeler qu’un autre facteur étonnant peut jouer un rôle : la pression exercée sur la cellule.
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Dans leur étude publiée dans la revue Nature Energy, les chercheurs se sont intéressés à ce qu’ils appellent la « stack pressure », c’est-à-dire la pression mécanique appliquée à l’empilement interne d’une cellule lithium-ion. Il ne s’agit pas d’une pression interne, ni d’un phénomène lié à la pression atmosphérique, mais bien d’une compression physique exercée depuis l’extérieur. Si on devait donner une image, il faut se représenter une batterie maintenue sous contrainte, un peu comme si elle était prise dans un étau.
Pour mener leurs essais, les scientifiques ont travaillé sur des cellules « pouch », une techno souple que l’on retrouve dans de nombreuses applications, y compris dans l’automobile. Leur particularité est de se dilater et de se contracter légèrement au fil des cycles de charge et de décharge. Ce mouvement est normal, les ions lithium passent d’une électrode à l’autre, ce qui provoque de minuscules variations de volume. Mais à long terme, ces micro-déformations peuvent contribuer au vieillissement de la cellule.
L’équipe de Cambridge a donc conçu un dispositif capable de maintenir une pression constante sur la cellule, même lorsque celle-ci change légèrement d’épaisseur. Pour cela, les chercheurs ont utilisé des soufflets pneumatiques, comparables à de petits coussins d’air, associés à des capteurs très précis. L’objectif était de mesurer les variations mécaniques de la batterie tout en lui appliquant une pression stable au cours des cycles.
Selon les chercheurs, le maintien d’une pression optimale a permis de « doubler la durée de vie de cellules lithium-ion » qui utilisent une chimie graphite-NMC811, une combinaison parfaitement pertinente pour l’industrie automobile.
La pression jugée la plus intéressante dans les essais se situe autour de 12,5 bars, soit un niveau environ quatre fois supérieur à certaines valeurs de référence utilisées dans d’autres formats de cellules. Mais cette découverte ne signifie pas qu’il suffit d’appuyer le plus fort possible sur une batterie pour allonger sa durée de vie. C’est même l’un des enseignements importants de l’étude : il existe un équilibre à trouver.
Lorsque la pression est trop faible, les chercheurs observent une dégradation plus rapide de la cathode, notamment par fissuration. Lorsque la pression est trop élevée, il y a un risque accru de dépôt de lithium métallique sur l’anode.
Ce « juste milieu » est donc central. La batterie n’aime ni être trop libre dans ses mouvements, ni être trop fortement comprimée. Une pression bien calibrée permet de limiter certains mécanismes de vieillissement, sans en déclencher d’autres. Cette approche est intéressante parce qu’elle ne repose pas sur une nouvelle chimie miracle comme c'est le cas parfois, ni sur un matériau rare ou coûteux. Les chercheurs ont travaillé avec des cellules disponibles dans le commerce, sans modifier l’électrolyte ou les électrodes.
Pour l’industrie automobile, l’idée est séduisante. Si une meilleure pression des cellules permettait réellement d’allonger leur durée de vie, les conséquences pourraient être importantes. Mais attention... Ces travaux ont été menés en laboratoire, dans des conditions très contrôlées. Passer d’un banc d’essai à une batterie grand public représente un défi complexe. Dans un pack automobile, il faut gérer des centaines, voire des milliers de cellules, avec des contraintes de sécurité, de température, de coût, de poids, etc.
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Maintenir une pression homogène et constante sur l’ensemble d’un pack n’a rien d’évident. Les chercheurs eux-mêmes reconnaissent que cette piste doit encore être transposée à plus grande échelle avant d’imaginer une application commerciale. Un brevet a déjà été déposé par Cambridge Enterprise, la structure chargée de valoriser les innovations de l’université. Cela montre que le potentiel industriel est pris au sérieux, même si aucune application concrète dans une voiture électrique de série n’est encore annoncée.
Cette étude a surtout le mérite d’élargir le regard porté sur le vieillissement des batteries. Pour les constructeurs comme pour les fabricants de cellules, cette piste pourrait devenir un nouveau levier d’optimisation !
