La capacité de stockage peut être considérablement augmentée avec du silicium troué pour l'anode de la batterie rechargeable
Ansan (Corée) - Avec des voitures électriques et hybrides bon marché, l’industrie automobile, actuellement très dégradée, pourrait attirer de nombreux nouveaux acheteurs. Les moteurs et les transmissions sont si bien conçus pour exciter les conducteurs même rapides. Seul le stockage d'énergie des batteries lithium-ion est à la traîne en raison de la faible capacité de charge. Les chercheurs coréens en matériaux veulent maintenant résoudre ce problème avec des anodes tridimensionnelles et poreuses en silicium. Dans la revue "Angewandte Chemie", ils présentent les premiers prototypes susceptibles de conduire à une nouvelle génération de batteries.
L'équipe autour de Jaephil Cho de l'Université Hanyang à Ansan a remplacé le graphite, largement répandu, par un nouveau matériau anodique. Le silicium poreux, capable d'absorber beaucoup plus d'ions lithium lors de son chargement, a été fabriqué à 900 degrés Celsius dans une atmosphère d'argon gazeux. De minuscules nanoparticules de dioxyde de silicium les faisaient briller avec des particules de silicium pur. Le résultat était une masse à partir de laquelle ils ont éliminé les particules de silicium oxydées inutilisables. Ce qui restait était une structure tridimensionnelle poreuse de minuscules cristaux de silicium recouverts d'une fine couche de carbone.
Avec ce matériau, ils ont empêché l'anode en silicium de se dilater de manière significative pendant le chargement et de s'effondrer à nouveau pendant la décharge. Cet effet a jusqu'à présent réduit la durée de vie de ce matériau prometteur. Lors des premiers essais avec leur prototype, la capacité de stockage n’avait pas été réduite de manière significative, même après 100 cycles de charge. Avec d’autres expériences, une anode de batterie pourrait maintenant être développée, qui survivrait à plusieurs milliers de cycles de charge sans être endommagée. Cela ouvrirait non seulement la voie à des voitures électriques efficaces et bon marché, mais même les ordinateurs portables pourraient se débrouiller avec une nouvelle génération de batteries lithium-ion douze heures et plus sans alimentation secteur.
"Le silicium est un matériau d'anode attrayant pour les batteries au lithium, car il possède théoriquement la plus grande capacité de charge connue", a déclaré Yi Cui et ses collègues du département des matériaux et du génie des matériaux de l'université de Stanford. Ils utilisent également ce matériau semi-conducteur sous forme de nanofils pour augmenter la capacité de stockage des batteries. Cependant, leurs anodes en silicium n'ont duré que dix cycles de charge, ce qui est beaucoup trop peu pour une application technique.
Afin de suivre le développement de nouvelles batteries en Allemagne, le ministère fédéral de l'Éducation et de la Recherche (BMBF) a lancé l'année dernière l'alliance d'innovation "Lithium Ion Battery LIB 2015". Un consortium industriel dirigé par BASF, Bosch, Evonik, LiTec et VW s'est engagé à investir 360 millions d'euros dans la recherche et le développement de la batterie lithium-ion au cours des prochaines années. Dans le même temps, le BMBF consacrera 60 millions d’euros à ce domaine au cours des quatre prochaines années.