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#Actualités du secteur
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Une méthode plus simple pour créer des anodes de batterie à haute performance
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Les chercheurs ont fabriqué des composants à base de silicium pour les piles au lithium à semi-conducteurs.
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Bien que les véhicules électriques (VE) soient de plus en plus répandus, les chercheurs tentent toujours d'améliorer la technologie des batteries afin d'accroître leur autonomie et leur production d'énergie pour qu'ils puissent démontrer des performances équivalentes à celles des automobiles à essence. À cette fin, de nouvelles recherches ont permis de découvrir un moyen plus simple de fabriquer des anodes en silicium pour les piles au lithium à l'état solide destinées aux VE, ouvrant ainsi la voie à des performances de ces dispositifs équivalentes à celles des modèles actuels de lithium-ion à base de liquide.
Une équipe de l'Institut national des sciences des matériaux (NIMS) du Japon a utilisé le dépôt par pulvérisation - un mode de fabrication atmosphérique rentable - pour créer une anode en silicium pour les batteries à semi-conducteurs qui a montré des performances jusqu'alors réservées aux électrodes à film développées par des procédés d'évaporation.
"Ce résultat suggère que la production à faible coût et à grande échelle d'anodes de grande capacité pour une utilisation dans les piles au lithium à l'état solide est possible", a écrit l'équipe dirigée par Narumi Ohta, chercheur principal au NIMS, dans un article paru dans ACS Applied Energy Materials.
Le NIMS a collaboré avec la New Energy and Industrial Technology Development Organization et le constructeur automobile Toyota dans le cadre de cette recherche.
Les spécialistes des matériaux envisagent les piles à l'état solide comme une alternative aux produits chimiques liquides actuels, qui contiennent des matières toxiques difficiles à éliminer et susceptibles de prendre feu ou d'exploser. Ces nouveaux produits chimiques sont considérés comme de meilleures options pour les dispositifs de stockage d'énergie de grande capacité et de haute performance, comme ceux nécessaires aux VE.
Le silicium est une alternative souhaitable au graphite couramment utilisé comme matériau d'anode actif dans les piles commerciales, car il a une capacité environ 11 fois supérieure à celle du graphite. Cela rend également les batteries créées avec ce matériau plus viables pour une utilisation dans les VE et d'autres applications qui nécessitent un stockage d'énergie de grande capacité.
Résoudre les limitations matérielles actuelles
Toutefois, l'un des inconvénients de l'utilisation de piles à semi-conducteurs à anodes de silicium est que le changement de volume du silicium pendant la charge et la décharge - ou la lithiation et la délithiation dans une pile au lithium - entrave l'application pratique. "L'énorme changement de volume répété du silicium provoque l'isolement des particules et conduit ainsi à la perte de la matière active, ce qui entraîne une perte de capacité continue", ont-ils écrit dans la revue.
En effet, dans les piles à l'état solide typiques, la matière active est placée entre deux composants solides - une couche séparatrice d'électrolyte solide et un collecteur de courant métallique - qui peuvent éviter le problème en isolant électriquement la matière active.
L'équipe du NIMS a franchi une étape supplémentaire avec une nouvelle approche pour synthétiser une anode à haute performance pour les piles au lithium à l'état solide en utilisant des nanoparticules de silicium du commerce.
Dans leur conception, lors de la lithiation, le silicium subit une expansion de volume, un compactage structurel et une coalescence appréciable dans l'espace confiné entre la couche séparatrice d'électrolyte solide et le collecteur de courant métallique pour former un film continu similaire à celui préparé par le processus d'évaporation. "L'anode composée de nanoparticules préparées par dépôt par pulvérisation présente donc une excellente performance d'électrode, qui n'avait été observée auparavant que pour les électrodes à film déposées par pulvérisation", ont écrit les chercheurs dans la revue.
L'équipe pense qu'en utilisant leur conception, les anodes à haute capacité pour les piles au lithium à semi-conducteurs peuvent être fabriquées plus facilement. Les chercheurs prévoient de poursuivre leurs travaux pour améliorer la cyclabilité de l'anode en augmentant la charge massique surfacique des nanoparticules afin de mieux répondre aux besoins de stockage et de production d'énergie des VE.