Thomas Scherer

La Norvège élucide la question des cellules Li-ion au silicium

1 août 2018, 22:26
Ça ressemble à de la vaisselle sale, et pourtant...
Ça ressemble à de la vaisselle sale, et pourtant...
Les chercheurs du département des technologies de l'énergie de Norvège (IFE) ont découvert un procédé pour stabiliser physiquement les anodes de silicium utilisées dans les batteries Li-ion.
L'expérience acquise montre que si vous construisez une batterie Li-ion à l'aide d'anodes de silicium au lieu de carbone (qui est plus usuel), vous multipliez par 10 la capacité de charge. Mais le silicium n'est pas utilisé car il subit des fluctuations de dimensions assez considérables (jusqu'à 400 %) qui apparaissent au bout de quelques cycles de charge. Résultat : la structure de l'anode est détruite, ce qui réduit de manière significative la capacité exploitable de la cellule.

Au fil du temps, un certain nombre de résultats optimistes ont conduit les chercheurs à affirmer avoir résolu le problème du gonflement des électrodes de silicium, à ceci près qu'aucun dispositif de batterie de ce type n'a été mis en production malgré sa promesse d'un accroissement potentiellement énorme de capacité.

L’IFE indique cependant avoir développé (même si tous les détails restent encore à publier) une cellule permettant d'obtenir une capacité trois à cinq fois supérieure à celle des batteries actuelles grâce à une « technologie ordinaire au graphite ». Cette technologie révolutionnaire fait actuellement l'objet d'une demande de brevet.
Le Conseil norvégien de la recherche soutient ces travaux dans le cadre du programme FORNY2020. Le processus est actuellement en cours d'essai avec des partenaires internationaux pour tester la compatibilité avec des processus de fabrication industriels.

Baptisé SiliconX, le nouveau matériau formant les anodes est constitué de nanoparticules structurées par une matrice de silicium, associée à d'autres matériaux. Bien que ces apports additionnels réduisent l'augmentation potentielle de capacité par rapport au silicium pur, ils contribuent à la stabilité et évitent les fluctuations massives du volume de l’anode. Ce compromis permet tout de même d'obtenir une augmentation de capacité respectable de trois à cinq fois supérieure à celle des cellules dotées d'anodes au graphite.
 
 
Capacité en fonction des cycles pour différents matériaux constituant une anode. Source : IFE.

Le graphique représente la capacité en fonction des cycles de charge.
  • Batterie avec une anode en silicium pur (tracé noir en haut)
  • Batterie avec une anode en SiliconX (tracé turquoise au milieu)
  • Matériau utilisé pour les anodes commerciales standard (tracé gris en bas)
Source : IFE
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