Les batteries lithium-ion, cœur battant de la mobilité électrique, sont un élément essentiel de la transition vers une économie à énergie propre. Cependant, leur fabrication traditionnelle, qui nécessite l’usage de solvants toxiques, représente un défi en termes de coût, de santé et d’environnement.
À cet égard, des expérimentations prometteuses ont été conduites au sein du Department of Energy’s Oak Ridge National Laboratory (ORNL), montrant les avantages significatifs d’un procédé de fabrication à sec.
Le processus de fabrication à sec des batteries
Cette méthode alternative, encore relativement nouvelle, présente des avantages tels que la réduction de l’espace d’usine nécessaire, le gain en temps et en énergie, une moindre production de déchets et une économie sur les coûts de démarrage. Malgré cela, les chercheurs peinaient jusqu’à présent à comprendre les mécanismes exacts de son fonctionnement.
Dans cette optique, l’ORNL et son partenaire industriel Navitas Systems se sont penchés sur la façon dont le processus à sec affecte la structure des matériaux de la batterie et leurs propriétés électrochimiques. Après que Navitas ait fabriqué les électrodes, les chercheurs de l’ORNL, dirigés par Jianlin Li et Runming Tao, ont évalué leur performance électrochimique sous différentes conditions et pendant diverses durées.
Des résultats prometteurs
Les batteries fabriquées selon le processus à sec ont démontré une capacité remarquable à maintenir leur charge après une utilisation prolongée, comme le rapporte le Chemical Engineering Journal. Elles se sont avérées être « hautement chimiquement désirables », leur structure permettant aux ions lithium de circuler plus directement entre l’anode et la cathode.
De plus, les électrodes sont plus épaisses, ce qui permet une plus grande densité énergétique tout en réduisant les ingrédients inactifs qui augmentent la taille et le poids de la batterie.
Le processus à sec offre un éventail de bénéfices pour les fabricants et la chaîne d’approvisionnement américaine. Il est hautement compatible avec l’équipement de fabrication d’électrodes de pointe actuel, tout en réduisant l’impact environnemental, ce qui rend les usines de batteries plus viables dans davantage d’endroits. De plus, il pourrait favoriser la création d’une infrastructure indépendante de l’Asie.
Les prochaines étapes de la recherche
La prochaine phase de recherche se concentrera sur la stabilisation du matériau qui relie les composants de l’anode à un collecteur de courant métallique mince. De plus, l’équipe de recherche travaille à réduire la quantité de noir de carbone, un matériau qui maintient la conductivité de la batterie mais diminue sa densité énergétique.
En synthèse
Ce procédé de fabrication à sec des batteries lithium-ion se révèle en effet très prometteur. Les chercheurs de l’ORNL et de Navitas Systems continuent d’affiner ce processus pour en améliorer les performances électrochimiques. Les défis à relever sont notamment de stabiliser le matériau qui relie les composants de l’anode et de réduire la quantité de noir de carbone utilisée.
Légende illustration principale : Les chercheurs de l’ORNL ont découvert qu’un film anodique pour batterie, fabriqué par Navitas Systems à l’aide d’un procédé à sec, était solide et flexible. Ces caractéristiques rendent les batteries lithium-ion plus sûres et plus durables. Crédit : Navitas Systems
La recherche a été parrainée par le Bureau des matériaux avancés et des technologies de fabrication du DOE et menée dans les installations de fabrication de batteries du DOE, le plus grand centre de recherche et de développement de batteries en libre accès du pays. Une partie de la caractérisation des matériaux a été effectuée au Center for Nanophase Materials Sciences de l’ORNL, une installation utilisateur du DOE Office of Science.
UT-Battelle gère l’ORNL pour le compte de l’Office of Science du ministère de l’énergie, qui est le principal bailleur de fonds de la recherche fondamentale en sciences physiques aux États-Unis. L’Office of Science s’efforce de relever certains des défis les plus pressants de notre époque.
