Vous connaissez les batteries au lithium métal ? Vous vous direz sans doute que oui et pourtant, elles sont rares parce qu’inutilisées. Les batteries lithium métal font en effet usage d’une chimie peu ordinaire qui les distingue des batteries NMC et LFP largement répandues. Ces accumulateurs se distinguent par leur utilisation de lithium métallique pur pour l’anode, contrairement aux batteries lithium-ion conventionnelles qui utilisent du graphite ou du silicium. Cette caractéristique confère aux batteries lithium métal une densité énergétique nettement supérieure, ce qui signifie qu’elles peuvent stocker plus d’énergie par unité de poids, un avantage crucial pour des applications nécessitant une grande autonomie, comme les véhicules électriques.
Mais pourquoi ne pas les utiliser dès lors ? En réalité, la principale limitation des batteries au lithium métal réside dans leur durée de vie. Cette technologie est historiquement sujette à des réactions chimiques indésirables, comme la formation de dendrites — des structures en forme d’aiguille qui peuvent percer le séparateur entre les électrodes, entraînant des courts-circuits et augmentant le risque d’incendie. Ces défis, associés à un coût de production plus élevé, ont longtemps freiné leur adoption à grande échelle. Et c’est bien pour cette raison que ce sont les batteries lithium-ion NMC (Nickel-Manganèse-Cobalt) et LFP (Lithium-Fer-Phosphate) qui dominent actuellement le marché parce qu’elles offrent un bon compromis entre densité énergétique, stabilité et coût.
Une trouvaille
Sauf que la situation pourrait peut-être bientôt changer. En effet, la collaboration entre l’Institut national japonais pour la science des matériaux (NIMS) et SoftBank Corporation a donné naissance à un logiciel innovant capable de prolonger la durée de vie des batteries au lithium métal. Ce qui distingue particulièrement ce logiciel, c’est son recours à des algorithmes d’autoapprentissage. En se basant sur l’analyse des cycles de charge et de décharge, le logiciel devient de plus en plus précis au fil du temps, s’adaptant aux spécificités de chaque batterie. Cette précision permet de formuler des recommandations sur les pratiques de recharge les moins dommageables, prolongeant ainsi la durée de vie utile des cellules.
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Pour affiner ces prédictions, l’équipe de chercheurs a fabriqué en interne des cellules lithium métal de haute densité (300 Wh/kg) combinant une anode en lithium métal et une cathode riche en nickel. Ces cellules ont ensuite été soumises à des cycles intensifs de charge et de décharge, permettant de tester et d’améliorer les modèles prédictifs du logiciel. Et les premiers résultats sont prometteurs : le logiciel a montré une capacité remarquable à diagnostiquer les pertes de performance spécifiques à chaque cycle, offrant ainsi des pistes concrètes pour ralentir la dégradation des batteries.
Logiciels et batteries : une symbiose pour l’avenir
Au-delà des améliorations apportées par ce logiciel, cette innovation s’inscrit dans une tendance plus large qui voit l’avenir des batteries de haute performance lié de manière indissociable à celui des logiciels. Tout comme les automobiles en général. En effet, alors que les avancées des chimistes continuent d’améliorer la capacité et la sécurité des batteries, c’est désormais la gestion logicielle qui détient les clés de l’optimisation de leur durée de vie.
L’intégration de l’intelligence artificielle (IA) et du machine learning dans les systèmes de gestion de batteries permet non seulement d’optimiser la performance en temps réel, mais aussi de prévoir et de prévenir les dégradations futures. Des entreprises comme celles impliquées dans ce projet japonais ne sont pas les seules à explorer ces pistes ; d’autres acteurs de l’industrie voient également le potentiel des logiciels pour révolutionner l’économie des batteries. En outre, dans un contexte où la demande en batteries pour les véhicules électriques et le stockage d’énergie renouvelable explose, l’optimisation logicielle devient un facteur clé de compétitivité : elle permet de maximiser la rentabilité des investissements en prolongeant la durée de vie des batteries, tout en contribuant à la durabilité environnementale grâce à une utilisation plus efficace des ressources.
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