Les chercheurs du KIST en Corée du Sud ont développé un matériau de cathode à base d’un complexe carbone-silicium en mélangeant et en chauffant simplement du silicium mélangé à de l’huile et des ingrédients verts : amidon de maïs et de patate douce. Si des batteries fabriquées dans ce matériau sont installées dans les véhicules électriques, l’autonomie fera plus que doubler. Crédit : Institut coréen des sciences et des technologies (KIST)
Le Dr. Hun-Gi Jung et son équipe de recherche au Centre de recherche sur le stockage de l’énergie de l’Institut coréen des sciences et des technologies (KIST, président Lee Byung Gwon) ont annoncé le développement de matériaux d’anode en silicium qui peuvent quadrupler la capacité des batteries par rapport aux matériaux d’anode en graphite et permettre une charge rapide à plus de 80 % de la capacité en seulement cinq minutes. Appliqués aux batteries des véhicules électriques, ces nouveaux matériaux devraient plus que doubler leur autonomie.
Les batteries actuellement installées dans les véhicules électriques de série utilisent des matériaux à base d’anode de graphite, mais leur faible capacité contribue à réduire l’autonomie des véhicules électriques par rapport aux véhicules à moteur à combustion interne. Par conséquent, le silicium, dont la capacité de stockage d’énergie est dix fois supérieure à celle du graphite, a attiré l’attention en tant que matériau d’anode de nouvelle génération pour le développement des véhicules électriques à longue autonomie.
Cependant, les matériaux en silicium n’ont pas encore été commercialisés car leur volume augmente rapidement et la capacité de stockage diminue considérablement pendant les cycles de charge et de décharge, ce qui limite la commercialisation. Un certain nombre de méthodes ont été proposées pour améliorer la stabilité du silicium en tant que matériau d’anode, mais le coût et la complexité de ces méthodes ont empêché le silicium de remplacer le graphite.
Pour améliorer la stabilité du silicium, le Dr Jung et son équipe se sont concentrés sur l’utilisation de matériaux qui sont courants dans notre vie quotidienne, comme l’eau, le pétrole et l’amidon. Ils ont dissous l’amidon et le silicium dans l’eau et l’huile, respectivement, puis les ont mélangés et chauffés afin de produire des composites carbone-silicium. Un simple procédé thermique utilisé pour la friture des aliments a été employé pour fixer fermement le carbone et le silicium, empêchant les matériaux de l’anode de silicium de se dilater pendant les cycles de charge et de décharge.
Les matériaux composites développés par l’équipe de recherche ont démontré une capacité quatre fois supérieure à celle des matériaux d’anode en graphite (360mAh/g – 1 530mAh/g) et une rétention de capacité stable sur 500 cycles. Il a également été constaté que ces matériaux permettent aux batteries de se charger à plus de 80 % de leur capacité en cinq minutes seulement. Les sphères de carbone empêchent l’expansion volumique habituelle du silicium, ce qui renforce la stabilité des matériaux en silicium. De plus, l’utilisation de carbone hautement conducteur et le réarrangement de la structure du silicium ont permis d’obtenir un rendement élevé.
« Nous avons pu développer des matériaux composites carbone-silicium en utilisant des matériaux courants de tous les jours et des procédés de mélange et de traitement thermique simples, sans réacteurs », a déclaré le Dr Jung, le chercheur principal de l’équipe KIST. Les procédés simples que nous avons adoptés et les composites aux excellentes propriétés que nous avons mis au point ont de fortes chances d’être commercialisés et produits en série », poursuit-il. Les composites pourraient être appliqués aux batteries lithium-ion pour les véhicules électriques et les systèmes de stockage d’énergie (ESS : Energy Storage System) ».
https://phys.org/news/2020-02-high-capacity-ev-battery-materials-range.html
