Batterie du futur : chimie du solide pour les cellules à haute énergie
Nouvelles approches de recherche pour les piles ultralégères au lithium-soufre
Les batteries lithium-soufre représentent une alternative prometteuse aux systèmes lithium-ion conventionnels. Pour surmonter les obstacles technologiques actuels de cette chimie cellulaire, l'Institut Fraunhofer pour la technologie des matériaux et des faisceaux IWS et ses partenaires étudient une nouvelle architecture cellulaire qui réduit la teneur en électrolyte et adapte la chimie de l'état solide. Leur objectif est de développer des concepts de cellules pratiques qui combinent une densité énergétique élevée avec une durée de vie améliorée et une sécurité accrue. Deux projets de recherche - AnSiLiS, financé par le ministère fédéral allemand de la recherche, de la technologie et de l'espace (BMFTR), et TALISSMAN, financé par le programme Horizon Europe de l'UE - constituent le cadre structurel de ces travaux. Le projet vise à mettre au point une pile lithium-soufre à l'état solide qui fournit une énergie comparable tout en pesant nettement moins que les piles actuelles.
Les piles lithium-soufre conventionnelles ont une durée de vie limitée car leurs électrolytes liquides favorisent la formation de polysulfures solubles. Ces sous-produits entraînent des pertes de matériaux et une dégradation accélérée de la stabilité du cycle. Les chercheurs du Fraunhofer IWS poursuivent une autre approche : la conversion directe du soufre en sulfure de lithium solide dans un environnement essentiellement solide, entièrement dépourvu d'électrolyte liquide. Les premiers résultats obtenus en laboratoire suggèrent qu'à l'avenir, cette architecture pourra techniquement atteindre une énergie spécifique de plus de 600 wattheures par kilogramme avec un comportement stable en cyclage.
Dans le cadre du projet AnSiLiS, le Fraunhofer IWS développe des cellules lithium-soufre à haute énergie avec des électrolytes solides et une conception de cellule modulable, dans le but de permettre de futures applications de mobilité.
© Fraunhofer IWS/generated by AI
AnSiLiS : développement de matériaux, simulation et intégration de cellules
Le projet AnSiLiS se concentre sur le développement d'une cathode composite soufre-carbone. Celle-ci sera examinée en combinaison avec une fine anode lithium-métal et un système d'électrolyte hybride en quantité minimale. L'université de Dresde et l'université d'Iéna étudient les interactions électrochimiques entre l'électrolyte et les matériaux actifs. Le Helmholtz-Zentrum Berlin apporte son expertise en matière d'analyse operando et de tomographie 3D. Les simulations de dynamique moléculaire soutiennent le processus de développement des cellules, en permettant des évaluations précises de la stabilité et de la compatibilité des composants à différentes échelles.
TALISSMAN : mise à l'échelle et validation industrielle
Le projet européen TALISSMAN ajoute à la recherche la mise à l'échelle industrielle et la validation des applications. Coordonnés par l'institut basque CIDETEC, neuf partenaires d'Espagne, de France, d'Italie et d'Allemagne développent deux générations de cellules pour des applications de mobilité électrique. Ils visent des densités d'énergie allant jusqu'à 550 wattheures par kilogramme, l'intégration d'électrolytes quasi-solides ininflammables et des coûts de production inférieurs à 75 euros par kilowattheure. La conception des cellules restera compatible avec les lignes de production de batteries lithium-ion existantes.
Toutes les étapes de la production se déroulent au Centre de technologie avancée des batteries (ABTC) de l'institut à Dresde. Cette installation dispose d'une ligne flexible pour la fabrication des électrodes, utilisant l'enrobage classique par boue ou DRYtraec, ainsi que la découpe au laser à l'air sec, l'empilage multicouche, le scellement thermique et la formation, avec la possibilité d'un vieillissement cyclique. Associée à l'analyse et à la simulation des processus, cette installation permet le développement de cellules de bout en bout à partir d'une source d'origine unique. Fraunhofer IWS fournit plus que des résultats à l'échelle du laboratoire - il fournit des démonstrateurs proches de l'application. Toutes les cellules sont soumises à une caractérisation électrochimique complète. Les partenaires industriels des secteurs de l'aérospatiale, de la technologie des drones et de l'électromobilité bénéficient d'un risque de développement réduit, d'un transfert de technologie accéléré et d'une production de batteries économiquement viables. Des densités d'énergie supérieures à 600 wattheures par kilogramme et des coûts spécifiques inférieurs à 75 euros par kilowattheure sont à portée de main.
Applications visées
L'aviation, les systèmes aériens sans pilote et les systèmes de stockage d'énergie portables exigent d'excellents rapports énergie/poids. Les concepts de cellules en cours de développement dans AnSiLiS et TALISSMAN répondent directement à ces exigences. La combinaison de matériaux optimisés, d'une analyse approfondie et d'un développement axé sur les processus ouvrira la voie aux batteries lithium-soufre dans des applications où les technologies conventionnelles atteignent leurs limites. Des prototypes fonctionnels devraient valider les performances prévues dans les années à venir.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Autres actualités du département science
