Le nombre de véhicules électriques (VE) nouvellement enregistrés en Corée a dépassé les 100 000 unités rien que l’année dernière. La Norvège est le seul autre pays à atteindre de tels chiffres. Les matériaux de base qui déterminent la durée de vie de la batterie et la vitesse de charge des VE désormais courants sont les matériaux anodiques. L’industrie coréenne des batteries s’est attachée à trouver des moyens révolutionnaires d’augmenter la capacité des batteries en introduisant de nouvelles technologies ou d’autres matériaux anodiques. Mais que se passerait-il si nous nous débarrassions complètement des matériaux anodiques ?
Une équipe de recherche POSTECH dirigée par le professeur Soojin Park et le candidat au doctorat Sungjin Cho (département de chimie), en collaboration avec le professeur Dong-Hwa Seo et le Dr Dong Yeon Kim (école d’énergie et de génie chimique) de l’Institut des sciences et de la technologie d’Ulsan (UNIST), a mis au point des batteries au lithium sans anode offrant une grande autonomie sur une seule charge.
La nouvelle batterie sans anode a une densité d’énergie volumétrique de 977Wh/L, soit 40 % de plus que les batteries classiques (700wh/L). Cela signifie que la batterie peut parcourir 630 km avec une seule charge.
Les batteries modifient généralement la structure des matériaux de l’anode, car les ions de lithium circulent vers et depuis l’électrode pendant les charges et décharges répétitives. C’est pourquoi la capacité de la batterie diminue avec le temps. On a pensé que s’il était possible de charger et de décharger uniquement avec un collecteur de courant à anode nue sans matériaux anodiques, la densité d’énergie – qui détermine la capacité de la batterie – augmenterait. Cependant, cette méthode présentait une faiblesse critique qui provoque un gonflement important du volume de l’anode et réduit le cycle de vie de la batterie. Ce gonflement s’explique par l’absence de stockage stable du lithium dans l’anode.
Pour surmonter ce problème, l’équipe de recherche a réussi à développer une batterie sans anode dans un électrolyte liquide à base de carbonate couramment utilisé en ajoutant un substrat conducteur d’ions. Le substrat forme non seulement une couche protectrice de l’anode, mais contribue également à minimiser l’expansion de l’anode.
L’étude montre que la batterie a conservé une capacité élevée de 4,2mAh cm-2 et une densité de courant élevée de 2,1 mA cm-2 pendant une longue période dans l’électrolyte liquide à base de carbonate. Il a également été prouvé, tant en théorie que par des expériences, que les substrats peuvent stocker du lithium.
En outre, ce qui attire encore plus l’attention, c’est que l’équipe a démontré avec succès les demi-cellules à l’état solide en utilisant un électrolyte solide à base de sulfure d’argyrodite. On prévoit que cette batterie accélérera la commercialisation de batteries non explosives, car elle maintient une capacité élevée pendant de plus longues périodes.
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L’étude récemment publiée dans Advanced Functional Materials a été financée par le projet Alchemist.
[ Images / Crédit : POSTECH / Pixabay ]
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