Les batteries au lithium bientôt dans les voitures électriques?

Bien qu'elles soient d'usage très répandu dans l'électronique portable, les batteries lithium-ion ne sont pas suffisamment économiques pour être employées dans les véhicules électriques ou hybrides.

Mais quelle est donc la source de ce coût élevé? Elle provient principalement du prix des matériaux qui composent l'électrode positive de la batterie, souvent constituée de métaux lourds (nickel et cobalt), relativement rares et pas très écologiques.

Or, le Centre national de la recherche scientifique (CNRS, France) annonce que des chimistes ont fait une découverte qui pourrait permettre d'abaisser les coûts de production des batteries lithium-ion.

Comment? Grâce à l'utilisation d'un «matériau amené à envahir nos futures batteries au lithium», pour employer l'expression du CNRS, qui serait le phosphate de fer et de lithium, un composé dont la formule chimique est LiFePO4.

Le phosphate de fer et de lithium possède cependant une propriété qui n'était pas très bien comprise par les scientifiques: il conduit l'électricité même s'il s'agit d'un matériau isolant. Les chimistes du CNRS - oeuvrant notamment à l'Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux - viennent d'expliquer cette propriété apparemment paradoxale du phosphate de fer et de lithium.

Ces scientifiques ont pu trouver un modèle de son fonctionnement et le vérifier expérimentalement. Ainsi, le phosphate de fer et de lithium conduirait l'électricité grâce à un processus en cascade qui rappelle les dominos. Des tensions locales dans ce matériau permettraient la conduction électrique, par le biais d'une réaction «ressemblant à une vague qui balaierait le cristal».

«Ce phénomène se manifeste dès lors qu'il existe des contraintes à l'interface entre le matériau qui se décharge et le matériau à l'état déchargé. La conduction électronique et ionique est alors extrêmement rapide dans la zone interfaciale ; elle se propage de proche en proche, tels des dominos, au fur et à mesure que l'interface se déplace», peut-on lire dans le communiqué de presse diffusé par le CNRS.

Selon les chercheurs, cette compréhension du mécanisme permettant la conduction électrique dans un matériau isolant fait naître tous les espoirs de trouver d'autres substances pour construire les électrodes économiques, performantes et écologiques.

«Ce modèle ouvre de nouvelles perspectives dans la recherche de nouveaux matériaux pour les électrodes, même si ceux-ci possèdent de faibles conductivités ionique et électronique», précisent les scientifiques.

D'après l'article de Wikipedia sur les accumulateurs au lithium (voir la rubrique Lithium-phosphate), il reste cependant du travail à faire puisque le coût de cette technologie au phosphate de fer et de lithium devra encore être réduit de moitié avant qu'il ne représente une alternative économiquement viable.

Dirigée par C. Delmas, l'équipe de chercheurs a annoncé les résultats de ses travaux dans l'article Lithium deintercalation in LiFePO4 nanoparticles via a domino-cascade model, publié dans l'édition août 2008 de la revue Nature Materials.

Photo : Prius de Toyota par Wikipedia.