Les chercheurs ont mis au point une technologie de matériau essentielle qui facilite la commercialisation des batteries à électrolyte solide (ASSB). Ces batteries de nouvelle génération visent à éliminer de manière intrinsèque les risques de feu et d’explosion.
Selon le Dr. Baek Seung-Wook, scientifique principal au sein du groupe de métrologie des matériaux émergents de KRISS, cette avancée résout pleinement des problèmes liés aux matériaux et à la fabrication qui avaient échappé aux solutions depuis plus de vingt ans dans le domaine des électrolytes solides de type grenat.
Les électrolytes solides non inflammables
Des chercheurs du Korea Research Institute of Standards and Science ont révélé que les batteries au lithium-ion, souvent utilisées dans les véhicules électriques et les systèmes de stockage d’énergie, reposent sur des électrolytes liquides inflammables, ce qui les rend sujettes à des incendies et des explosions. Ces incendies, une fois déclenchés, sont particulièrement difficiles à éteindre. De récentes incidents, tels qu’un incendie dans un centre de données gouvernemental géré par le National Information Resources Service (NIRS) ainsi que plusieurs explosions liées aux batteries de véhicules électriques, soulignent l’urgence d’adopter des technologies de batterie lithium plus sûres.
Les batteries à électrolyte solide (ASSB) intègrent des électrolytes solides non inflammables en remplacement des électrolytes liquides, ce qui améliore considérablement leur sécurité. Parmi ces batteries, celles à base d’oxyde attirent beaucoup d’attention en tant que solution de prochaine génération, grâce à leur haute densité d’énergie et à l’absence de risques vu que les systèmes à base de sulfure peuvent libérer des gaz toxiques.
Fabrication de membranes d’électrolyte performantes
Les batteries à électrolyte solide à base d’oxyde utilisent principalement des électrolytes solides de type grenat comme matériau principal. Ces électrolytes présentent une conductivité ionique élevée et une excellente stabilité chimique. Néanmoins, du fait de leurs propriétés matérielles, la création de membranes d’électrolyte performantes nécessite un processus de frittage à haute température, où la poudre est comprimée à des températures dépassant les 1 000 °C. Actuellement, la Corée importe entièrement les granulés d’électrolyte solide de type grenat, qui coûtent plus de 550 USD par unité pour un diamètre de seulement 1 cm.
Le Dr. Kim Hwa-Jung, chercheur postdoctoral au sein du groupe de métrologie des matériaux émergents chez KRISS, estime que cette avancée technologique ouvre la voie à la production locale de matériaux haute valeur pour les batteries de nouvelle génération.
L’équipe de recherche a également noté que pour réduire l’évaporation du lithium, les méthodes classiques consistent à recouvrir la membrane d’électrolyte avec une grande quantité de poudre mère — un matériau électrolytique contenant du lithium — lors du frittage. Cependant, cette technique entraîne le rejet de plus de dix fois la quantité de poudre mère par rapport à celle de la membrane d’électrolyte produite, ce qui augmente considérablement les coûts de production et constitue un obstacle majeur à la commercialisation.
Pour faire face à ce défi, les chercheurs ont mis au point une technique de fabrication qui applique une fine couche de composés multifonctionnels à base de Li–Al–O (oxyde de lithium-aluminium) sur les poudres d’électrolyte solide. Cette couche de surface résultante fournit du lithium durant le processus de frittage tout en empêchant son évaporation, renforçant ainsi le lien entre les particules comme le ferait un effet de brasage, et maximisant ainsi la densité de la membrane d’électrolyte.
En utilisant cette nouvelle approche, l’équipe a atteint une densité record dépassant les 98,2 % sans avoir recours à de la poudre mère coûteuse. Ils ont alors produit des membranes d’électrolyte solides à haute résistance, exemptes de défauts chimiques et mécaniques, tout en augmentant la conductivité ionique de plus de deux fois par rapport aux matériaux conventionnels.
FAQ
Quelle est l’importance des batteries à électrolyte solide ?
Les batteries à électrolyte solide sont cruciales car elles réduisent les risques d’incendie et d’explosion, offrant ainsi une meilleure sécurité pour l’utilisation dans les véhicules électriques et les systèmes de stockage d’énergie.
Quelles sont les applications potentielles des ASSB ?
Les ASSB peuvent être utilisées non seulement dans les véhicules électriques mais également dans des dispositifs de stockage d’énergie stationnaire, offrant une solution de grande capacité et sûr pour le stockage énergétique.
Quels sont les principaux défis dans la fabrication de ces batteries ?
Les défis incluent la nécessité de processus de production à haute température et la gestion de l’évaporation du lithium pendant la fabrication, qui peuvent augmenter les coûts et compliquer le processus de commercialisation.
Pourquoi est-il nécessaire de développer des électrolytes non inflammables ?
Les électrolytes non inflammables sont nécessaires pour améliorer la sécurité des batteries lithium-ion, qui sont actuellement vulnérables aux risques d’incendie, augmentant ainsi la confiance des consommateurs et l’adoption des technologies de batterie avancées.
Existe-t-il d’autres recherches en cours dans ce domaine ?
Oui, de nombreuses universités et instituts de recherche à travers le monde explorent diverses technologies et matériaux pour continuer à améliorer les batteries et accroitre leur sécurité et leur performance.
