Un contact qui respire et une mémoire de la dégradation express
Une batterie ordinaire de téléphone respire – mais pas avec de l'air, avec son contact. À l'intérieur d'un solide, là où il n'y a pas de liquides, le lithium se presse contre l'électrolyte (la substance qui conduit les ions) lors de la charge, puis s'en écarte lors de la décharge, comme un poumon à l'inspiration et à l'expiration. Cette « respiration » n'est pas de la poésie, mais de la physique : chaque cycle crée et détruit des points de contact par lesquels passe le courant.
Mais il y a un second ennemi, plus silencieux. À l'interface où le lithium rencontre l'électrolyte, une « mémoire réactive » s'accumule lentement – une couche de résidus de l'électrolyte décomposé. Comme le tartre dans une bouilloire, mais avec une épaisseur de fractions de micron. Cette couche s'épaissit à chaque cycle et ne disparaît pas, même si l'on comprime davantage la batterie. Les auteurs de l'étude ont dégagé quatre nombres qui décrivent la respiration, et un cinquième pour l'épaisseur de la couche-mémoire. Il s'est avéré qu'une pression externe (comme si l'on posait un poids sur la batterie) supprime presque entièrement les oscillations du contact, mais reste impuissante contre la mémoire chimique. Le film de décomposition se développe indépendamment.
La conclusion pratique est sans appel : il ne suffit pas d'améliorer la conductivité ou de réduire la résistance. Il faut à la fois dompter la respiration (par la pression ou la conception) et maîtriser la chimie à l'interface – pour que la mémoire n'accumule pas de débris. Alors la batterie à électrolyte solide cessera d'être un champion capricieux des laboratoires et prendra la route dans une vraie voiture électrique.
La couche de décomposition à l'interface lithium-électrolyte peut être des centaines de fois plus fine qu'un cheveu humain, mais c'est elle qui décide si la batterie vivra mille cycles ou mourra après une centaine.