Une équipe de chercheurs du Technion, Israel Institute of Technology a développé une preuve de concept pour une nouvelle batterie rechargeable au silicium (Si), ainsi que sa conception et son architecture qui permettent au Si d’être déchargé et chargé de manière réversible, écrit Technion dans uncommuniqué de presse.

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. Plusieurs cycles de décharge-charge ont été réalisés, en utilisant des anodes de plaquettes de silicium de type n fortement dopées et des électrolytes liquides ioniques hybrides spécialement conçus, adaptés avec des halogénures (brome et iode), fonctionnant comme des cathodes de conversion.

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.

Développements menant à cette percée

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 portable.

Voici une vidéo en anglais relatant un projet similaire de Tesla :

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.

Des éléments chimiques indispensables

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 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. Le silicium (Si), en tant que deuxième élément le plus abondant sur la croûte terrestre (après l’oxygène), a été laissé relativement inexploré malgré une densité d’énergie élevée de 8,4 kWh kg-1 à égalité avec le Li métallique 11,2 kWh kg-1 ; Si possède une passivation de surface stable, une faible conductivité (dépendant des niveaux de dopage) et, jusqu’à présent, aucune chimie de cellule rechargeable établie comprenant du Si élémentaire comme anode active n’a été rapportée, en dehors de l’anode d’alliage LIB.

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.

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