Technologie

La recherche israélienne permet d’utiliser du silicone au lieu du lithium dans les batteries

Une percée dans la recherche pour réduire les coûts et les obligations dues à la rareté du Lithium.

Des chercheurs du Technion Institute d’Israël ont développé une preuve de concept, une conception et une architecture pour une nouvelle batterie rechargeable au silicium . Cette percée pourrait conduire à un silicium bon marché et disponible remplaçant le lithium rare et coûteux dans les véhicules électriques et autres batteries.

Dirigée par le professeur Yair Ein-Eli de la Faculté des sciences et de l’ingénierie des matériaux, l’équipe a prouvé via des travaux expérimentaux systématiques de l’étudiant diplômé, Alon Epstein et des études théoriques du Dr Igor Baskin, que Si est dissous pendant le processus de décharge de la batterie, et lors de la charge, du Si élémentaire est déposé.

Professeur Yair Ein-Eli

Cette percée pourrait ouvrir la voie à un enrichissement des technologies de batteries disponibles sur le marché du stockage de l’énergie, la technologie atténuant potentiellement les tensions sur le marché en croissance constante et répondant à la demande croissante de batteries rechargeables.


Doctorant Alon Epstein

Développements menant à cette percée historique

La demande croissante de sources d’énergie durables a incité la communauté scientifique à se concentrer sur la recherche sur les batteries capables de stocker l’énergie du réseau à grande échelle de manière gérable et fiable.

De plus, la demande croissante de l’industrie des véhicules électriques, qui repose principalement sur la technologie actuelle des batteries Li-ion (LIB), devrait mettre à rude épreuve la production actuelle de Li et la détourner d’une utilisation plus répandue dans l’électronique grand public.

Actuellement, aucune technologie ne s’est avérée suffisamment compétitive pour remplacer les LIB. Les métaux et les éléments capables de délivrer des multi-électrons au cours de leur processus d’oxydation sont depuis longtemps au centre des préoccupations de la communauté des chercheurs en raison de leurs densités d’énergie spécifique élevées associées.

Le magnésium, le calcium, l’aluminium et le zinc ont reçu beaucoup d’attention en tant que matériaux d’anode potentiels avec des niveaux de progrès variés ; Pourtant, aucun d’entre eux n’a réussi à révolutionner l’industrie du stockage d’énergie au-delà des LIB, car tous ces systèmes souffrent de performances cinétiques médiocres en raison d’un manque de stabilité cellulaire, et par conséquent, il reste beaucoup à explorer.

Au cours de la dernière décennie, plusieurs publications (initiées à l’origine en 2009 par le professeur Ein-Eli) ont signalé l’incorporation d’anodes actives en Si dans des conceptions de batteries à air primaires non rechargeables. Ainsi, malgré sa grande abondance et sa facilité de production, la possibilité d’utiliser le Si comme anode rechargeable multivalente active n’a jamais été explorée, jusqu’à la récente percée de l’équipe.


L’équipe du Technion est composée de chercheurs des Facultés des Sciences et Génie des Matériaux (A. Epstein, I. Baskin et Y. Ein-Eli), et du Génie Mécanique et Chimique (M. Suss).

Explication

Malgré sa grande abondance et sa facilité de production, la possibilité d’utiliser le silicium comme anode rechargeable multivalente active n’a jamais été explorée jusqu’à présent.

Comme preuve de concept, une nouvelle cellule de silicium rechargeable, sa conception et son architecture sont rapportées, permettant au silicium d’être déchargé de manière réversible à 1,1 V et chargé à 1,5 V. Il est prouvé que pendant le processus de décharge, le silicium est dissous et lors de la charge, élémentaire le silicium est déposé.

Plusieurs cycles de décharge-charge sont réalisés, en utilisant des anodes de plaquettes de silicium de type n fortement dopées et des électrolytes liquides ioniques hybrides, ainsi que des halogénures dissous, fonctionnant comme des cathodes de conversion. Les caractérisations cellulaires corrèlent les processus de décharge et de charge avec la présence de fluorure dissous et d’espèces Si dans l’électrolyte.

La présence d’espèces fluorées appréciables est cruciale à la fois pour établir l’activation de surface et le fonctionnement de la batterie, et leur épuisement est directement lié à la dégradation des performances des cellules. Des calculs de chimie quantique basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité dans le cadre d’un modèle de continuum pour la solvatation dans des liquides ioniques sont effectués pour faire la lumière sur le mécanisme de dépôt d’ions Si.

Lire l’article en entier : Piles rechargeables Redox au silicium




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