Des scientifiques créent une batterie écologique haute performance sans fluor

L’industrie des batteries lithium-ion va peut être connaître une évolution majeure dans les années à venir, avec un accent particulier mis sur l’aspect écologique. En effet, une équipe de chercheurs sud-coréens a récemment développé un système de batterie inédit, exempt de composés fluorés, permettant d’envisager de nouvelles possibilités pour le secteur.

Une équipe de recherche dirigée par le Professeur Soojin Park et Seoha Nam du Département de Chimie de POSTECH, en collaboration avec le centre de R&D sur les matériaux pour batteries de Hansol Chemical, a mis au point un nouveau liant et un électrolyte sans fluor. Les travaux visent à faire progresser la technologie des batteries haute performance tout en respectant l’environnement.

Les préoccupations environnementales croissantes soulignent l’importance des matériaux durables dans la technologie des batteries. Les batteries lithium traditionnelles utilisent des composés fluorés tels que les liants de polyfluorure de vinylidène (PVDF) et les sels d’hexafluorophosphate de lithium (LiPF6, LP). Toutefois, le système «PVDF-LP» libère du fluorure d’hydrogène (HF), un composé hautement toxique qui réduit les performances et la durée de vie des batteries.

De plus, le PVDF n’est pas biodégradable, et l’Union européenne (UE) prévoit d’interdire ces substances d’ici 2026 dans le cadre du renforcement de la réglementation sur les PFAS.

Un système de batterie sans fluor novateur

Les chercheurs de POSTECH et Hansol Chemical ont conçu un système de batterie non fluoré pour se conformer aux futures réglementations environnementales et améliorer les performances des batteries. Un électrolyte à base de perchlorate de lithium (LiClO4, LC) a été créé pour remplacer les électrolytes LP fluorés, ainsi qu’un liant de polyamide aromatique (APA) non fluoré utilisant la technologie propriétaire de Hansol Chemical. Le système innovant «APA-LC» est entièrement exempt de composés fluorés.

Le «liant APA» renforce la liaison entre le matériau actif de la cathode et le collecteur de courant en aluminium. Cette amélioration empêche la corrosion des électrodes dans l’électrolyte et prolonge considérablement la durée de vie de la batterie. Par ailleurs, le « système LC », enrichi en chlorure de lithium (LiCl) et en oxyde de lithium (Li2O), abaisse la barrière énergétique à l’interface pour favoriser la migration des ions. Ce processus conduit à une diffusion plus rapide du lithium et à des performances de sortie supérieures par rapport au système LP existant.

Des performances impressionnantes

Dans l’ensemble, le système APA-LC a démontré une plus grande stabilité à l’oxydation que le système PVDF-LP conventionnel. Une rétention de capacité 20% supérieure a été maintenue après 200 cycles à un taux de charge/décharge rapide de 1 C, dans la plage de 2,8 à 4,3 V lors d’un test en pile bouton.

L’équipe de recherche a appliqué le système APA-LC pour produire une cellule pochette de haute capacité de 1,5 Ah (ampère-heure). La cellule a conservé une excellente capacité de décharge et a démontré de fortes performances lors d’essais de charge rapide. Il s’agit de la première démonstration mondiale réussie d’un système de batterie entièrement évolutif et pratique, fabriqué exclusivement à partir de matériaux non fluorés, sans aucun composé fluoré.

Le Professeur Soojin Park de POSTECH a souligné l’importance de la recherche en déclarant : « Nous n’avons pas simplement remplacé les systèmes fluorés ; nous avons prouvé une rétention de capacité élevée et une stabilité exceptionnelle. » Il a poursuivi en affirmant : « Notre solution fera progresser la durabilité de l’industrie des batteries, facilitant le passage à des systèmes de batteries non fluorés tout en assurant la conformité environnementale. »

Young-Ho Yoon, directeur général de l’activité Matériaux pour Batteries Secondaires de Hansol Chemical, a commenté pour sa part : « En répondant aux préoccupations réglementaires concernant les PFAS, nous avons assuré une position sur le marché mondial des liants pour cathodes, dont la valeur devrait atteindre 1,7 billion de wons d’ici 2026. » Il a ajouté : « La poursuite de la recherche renforcera notre position de fournisseur leader de matériaux écologiques pour batteries secondaires. »

Article : ‘All fluorine-free lithium-ion batteries with high-rate capability’ / ( 10.1016/j.cej.2024.154790 ) – Pohang University of Science & Technology (POSTECH) – Publication dans la revue Chemical Engineering Journal / 14-Aug-2024