La station spatiale Tiangong de Chine a servi de cadre à une expérience innovante sur les batteries lithium-ion, menée par les trois astronautes de la mission Shenzhou-21, selon l’Institut de physique chimique de Dalian de l’Académie chinoise des sciences. Cette étude exploite l’environnement unique de microgravité pour démêler des mécanismes internes quasi impossibles à observer sur Terre.
Défis terrestres des batteries
Les batteries lithium-ion sont essentielles aux missions spatiales grâce à leur haute densité énergétique, qui mesure la quantité d’énergie qu’elles peuvent stocker par unité de poids ou de volume, et leur fiabilité dans des conditions extrêmes. À l’intérieur, l’électrolyte — une solution liquide ou en gel qui conduit les ions entre l’anode (électrode négative) et la cathode (positive) — joue un rôle clé, car il permet le flux des ions de lithium pendant la charge et la décharge. Sur Terre, la gravité complique ce processus : elle génère des courants convectifs qui se mélangent constamment aux champs électriques produits par la batterie, déformant la distribution naturelle des substances chimiques dans l’électrolyte et affectant à la fois la puissance (capacité à délivrer de l’énergie rapidement) et la durée de vie (nombre de cycles de charge avant dégradation).
Avantages de la microgravité
La station est en orbite terrestre basse, donc en environnement de microgravité orbitale de Tiangong, ces effets gravitationnels disparaissent, permettant pour la première fois d’isoler l’influence pure des champs électriques sur l’électrolyte. Cela révèle comment les ions et les solvants se distribuent sans interférences, fournissant des données précises sur l’interaction entre les forces gravitationnelles et électriques qui étaient auparavant inséparables dans les expériences terrestres. Le résultat est une vision claire des processus électrochimiques fondamentaux, tels que la migration ionique et la formation de gradients de concentration.
Implications futures
Les découvertes promettent de surmonter les limitations actuelles des batteries orbitales, en optimisant leurs performances dans des environnements spatiaux hostiles. De plus, elles guideront la conception d’une nouvelle génération de batteries plus sûres — avec un risque moindre de surchauffe ou de fuites — et de plus haute densité énergétique, essentielles pour des explorations prolongées comme les missions vers Mars ou des bases lunaires. Ce progrès bénéficie non seulement à l’espace, mais pourrait aussi influencer des applications terrestres telles que les véhicules électriques et le stockage d’énergie renouvelable.
