Il serait maintenant possible de conserver nos téléphones cellulaires et voitures électriques chargés par grand froid. Des batteries rechargeables pourraient même être utilisées dans un environnement aussi glacial que l’espace ou les hautes altitudes. Cette innovation énergétique, qui repose sur des électrodes organiques et un électrolyte à basse température de congélation, a été publiée dans la revue Joule le 28 février 2018.

Les batteries lithium-ion sont de plus en plus répandues, mais leur performance réduite lorsqu'elles sont soumises à des températures sous 0°C demeure un frein à leur utilisation. En effet, les batteries lithium-ion actuellement disponibles sur le marché ne retiennent que 50 % de leur capacité à une température de -20°C et 12 % à -40°C. En s’appuyant sur le fait que la performance des batteries repose principalement sur ses électrodes et son électrolyte, Xiaoli Dong et ses collaborateurs de l’Université Fudan à Shanghai se sont attaqués à ces deux composantes des batteries rechargeables pour améliorer leur performance au froid.

Pour fournir de l’énergie, l’anode d'une batterie, soit l’électrode chargée positivement, libère des ions lithium dans une solution conductrice appelée électrolyte. Ces ions migrent ensuite vers la seconde électrode chargée négativement. Le mouvement des ions lithium entre les deux électrodes génère des électrons qui fournissent un courant électrique pour alimenter les appareils. À température ambiante, ce processus fonctionne très bien.  Mais à basse température, l’électrolyte devient visqueux et peut geler, ce qui diminue énormément sa capacité à conduire les ions lithium vers les électrodes. Les chercheurs ont donc eu l’idée d’utiliser un électrolyte fait d’acétate d’éthyle, un solvant qui ne gèle qu’à une température de -84°C et qui conserve donc efficacement sa capacité à conduire les charges à froid. Aussi, pour améliorer la conception des électrodes, les chercheurs ont utilisé des composés organiques qui, contrairement aux électrodes conventionnelles faites d’oxyde de métal et de graphite, peuvent recueillir les ions lithium dans leur matrice même à très basse température. Les batteries peuvent donc être utilisées et rechargées efficacement jusqu’à -70°C.

En plus d’être efficaces à basse température, les batteries produites par l’équipe de chercheurs chinois pourraient être une alternative écologique et économique puisque les matériaux organiques utilisés pour les électrodes sont peu coûteux, abondants et moins dommageables pour l’environnement à produire que les électrodes de métal. 

L'idée d'améliorer la performance au froid des batteries lithium-ion n'est pas nouvelle, car plusieurs pistes de solutions ont été envisagées dans les dernières années. Par exemple, des additifs ont été ajoutés à l'électrolyte, ce qui a eu pour effet d’améliorer la performance des batteries à des températures de -20 à -40°C. En contrepartie, leur recharge à ces températures s’est avérée difficile. Des dispositifs de préchauffage et d’isolation des batteries ont aussi été développés, mais le succès est resté modeste en plus d’alourdir les batteries.

Bien qu’un pas important soit franchi dans l’utilisation des batteries au lithium-ion rechargeables à basse température, il reste toutefois beaucoup de travail aux chercheurs avant de pouvoir commercialiser les batteries qu’ils ont développées. En effet, l’énergie fournie par rapport à la masse de ces batteries reste inférieure aux batteries conventionnelles et l’assemblage des composantes est également à optimiser.