Batteries à semi-conducteurs : une alternative puissante aux batteries lithium-ion a été mise au point
Révolution à travers des anodes liquides en métal alcalin
Des chercheurs de l'Institut fédéral de recherche et d'essai des matériaux (BAM) ont mis au point une approche innovante pour rendre les batteries à l'état solide plus puissantes et adaptées à un usage quotidien. Leur objectif : des batteries qui se chargent plus rapidement, durent plus longtemps et sont plus durables que les batteries lithium-ion conventionnelles. Un nouvel électrolyte solide pourrait ouvrir la voie à une technologie de batterie pionnière.
Tout est dans le bon mélange. L'équipe du BAM développe des électrolytes solides spéciaux basés sur des superconducteurs ioniques à base de sodium (NASICON).
BAM
Les batteries lithium-ion classiques ont atteint les limites de leurs performances : leurs anodes, généralement en graphite, ne peuvent stocker qu'une quantité limitée d'ions. Les anodes en lithium pur ou en sodium, plus durable et moins cher, offrent une alternative : elles pourraient augmenter la densité énergétique jusqu'à 40 %. Toutefois, pour fonctionner en toute sécurité, elles nécessitent un électrolyte solide plutôt que liquide. L'un des principaux problèmes est que des pertes de contact et des vides peuvent se produire à l'interface entre l'anode solide et l'électrolyte solide, ce qui rend la batterie inutilisable. Une solution possible est une anode partiellement liquide.
Révolution grâce aux anodes liquides à base de métaux alcalins
"Dans une étude, nous avons pu montrer qu'une anode liquide en métal alcalin est cent fois plus puissante que les anodes conventionnelles en graphite", explique Gustav Graeber, expert en matériaux de batteries à l'université Humboldt de Berlin et chercheur invité au BAM. "Toutefois, cette technologie ne peut actuellement être utilisée qu'à 250 degrés Celsius. Notre objectif est de transférer ses avantages à la température ambiante". Pour ce faire, l'équipe de recherche expérimente des additifs au potassium qui abaissent le point de fusion de l'anode. La difficulté réside dans le fait que de nombreux électrolytes solides courants ne sont pas suffisamment stables lorsqu'ils sont exposés au potassium.
Un nouvel électrolyte solide comme technologie clé
La solution pourrait résider dans un électrolyte solide spécial basé sur des superconducteurs ioniques à base de sodium (NASICON). Ces matériaux offrent une conductivité ionique élevée à température ambiante et sont chimiquement stables face au potassium, en particulier lorsqu'ils sont dopés au hafnium. Cependant, le hafnium est rare et cher. Dans le cadre du projet NASICON, M. Graeber et son équipe interdisciplinaire d'experts du BAM recherchent donc des additifs alternatifs tout aussi efficaces, mais plus durables et plus largement disponibles. Les candidats les plus prometteurs sont testés directement dans des batteries au sodium. "Notre projet de recherche est une étape décisive vers des batteries de haute performance qui sont plus durables, moins chères et plus efficaces", déclare Graeber. "Les batteries au sodium à l'état solide pourraient réduire considérablement les temps de charge et améliorer sensiblement les performances des systèmes de stockage d'énergie mobiles et stationnaires, ce qui contribuerait grandement à la décarbonisation."
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