La recherche scientifique continue de façonner l’avenir de la technologie des batteries, avec des implications profondes pour la sécurité et l’efficacité énergétique. Une étude récente publiée par le Institut coréen de recherche en électrotechnologie (KERI) illustre une avancée dans ce domaine, ouvrant la voie à une nouvelle génération de batteries solides plus sûres et plus performantes.
Le KERI a publié une étude dans le journal Energy Storage Materials. Cette recherche marque un tournant vers la commercialisation des batteries tout-solide, qui se distinguent par leur absence de risque d’explosion et d’incendie.
Le Dr. Park Jun-woo, du Centre de Recherche sur les Batteries de Nouvelle Génération de KERI, et Sung Junghwan, chercheur étudiant au campus UST KERI, ont mis au point une technologie permettant la synthèse chimique humide à taille contrôlée des électrolytes solides (conducteurs superioniques sulfure). Cette technologie réduit de plus de 50% le temps et le coût de traitement, tout en doublant la qualité des électrolytes produits.
Les batteries tout-solide : une sécurité renforcée
Les batteries tout-solide utilisent des électrolytes solides au lieu de leurs homologues liquides pour le transfert d’ions entre la cathode (+) et l’anode (-), réduisant considérablement le risque d’incendie ou d’explosion. Pour être intégrés dans les batteries tout-solide, en particulier dans la cathode, les électrolytes solides doivent être extrêmement petits, de l’ordre de quelques micromètres, soit environ cent fois moins épais qu’un cheveu humain.
KERI a développé une technologie capable de produire en masse ces petits électrolytes solides avec une conductivité ionique accrue grâce à un processus simplifié. Contrairement aux méthodes existantes, qui produisent souvent des électrolytes solides de grande taille nécessitant des processus supplémentaires comme le broyage mécanique, l’approche de KERI réduit les coûts et le temps associés à ces processus. De plus, elle élimine la dégradation des performances des électrolytes solides causée par le broyage, un obstacle majeur à leur commercialisation.
Une méthode de synthèse innovante
L’équipe du Dr. Park a utilisé des matières premières microscopiques, telles que le sulfure de lithium, et a contrôlé méticuleusement le taux de nucléation de chaque matériau pendant les réactions chimiques, aboutissant à des produits nettement réduits en taille. Cette approche novatrice permet la production d’électrolytes solides fins grâce à une technique de synthèse humide directe, sans processus complexes.
La maîtrise de la composition chimique a permis d’atteindre une conductivité ionique remarquable, plus que doublant celle obtenue par les méthodes de production d’électrolytes solides existantes (synthèse à sec et broyage par fraisage à haute énergie) (de 2 mS/cm à 4.98 mS/cm).
Cette découverte est le fruit de nombreuses années d’expérimentations et d’analyses par l’équipe de recherche de KERI, qui a trouvé la combinaison idéale après avoir testé d’innombrables matériaux.
Impact et perspectives de commercialisation
Le Dr. Park de KERI a déclaré : « En sélectionnant les bons matériaux et en contrôlant de manière fiable les réactions chimiques, nous avons pu contourner les processus complexes et coûteux habituellement utilisés pour raffiner les électrolytes solides, en optant pour un ‘processus simple’. Malgré sa simplicité, les électrolytes solides résultants présentent une qualité nettement améliorée, répondant aux exigences d’efficacité et d’accessibilité commerciale pour la production de masse et la commercialisation. »
KERI a déposé de nombreuses demandes de brevet pour cette réalisation, anticipant un intérêt considérable de l’industrie des batteries tout-solide. L’institut prévoit de conclure des accords de transfert de technologie avec des entreprises intéressées.
De plus, KERI vise à combiner cette réussite avec un développement antérieur – une technique de synthèse humide spéciale conçue pour produire en masse des électrolytes solides à un dixième du coût des matières premières, en utilisant un additif spécial breveté. Cette stratégie positionnera KERI comme un leader dans la production de masse à faible coût d’électrolytes solides de haute qualité.
Légende illustration : Poudre d’électrolyte solide (à gauche) produite par le procédé de synthèse par voie humide du KERI et prototype d’une batterie à l’état solide utilisant cette poudre. Crédit : KERI
Article : « Size-controlled wet-chemical synthesis of sulfide superionic conductors for high-performance all-solid-state batteries » – DOI: 10.1016/j.ensm.2024.103253
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