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Jul 08, 2023

L’autonomie des voitures électriques peut être augmentée grâce à une nouvelle technologie de batterie révolutionnaire

Parce que le marché des véhicules électriques a connu une croissance rapide, avec des ventes dépassant 1 000 milliards de dollars en 2022 et des ventes intérieures dépassant 108 000 unités, la demande de batteries de haute capacité est donc forte.

Parce que le marché des véhicules électriques a connu une croissance rapide, avec des ventes dépassant 1 000 milliards de dollars en 2022 et des ventes intérieures dépassant 108 000 unités, la demande de batteries haute capacité capables d'étendre l'autonomie des voitures électriques augmente.

Une équipe de chercheurs de POSTECH et de l'Université Sogang a développé le matériau d'anode à partir d'un liant polymère fonctionnel pour répondre à ces demandes croissantes.

L'article correspondant à l'étude, « Layering Charged Polymers Enable Highly Integrated High-Capacity Battery Anodes », a été publié dans Advanced Functional Materials.

L'équipe, dirigée par les professeurs Soojin Park et Youn Soo Kim de POSTECH et le professeur Jaegeon Ryu de Sogang, a travaillé pour augmenter l'autonomie des voitures électriques grâce à des anodes de grande capacité.

Ils ont développé un liant polymère chargé pour un matériau d'anode de haute capacité, à la fois stable et fiable, offrant une capacité dix fois supérieure ou supérieure à celle des anodes en graphite classiques. Cette réalisation révolutionnaire a été réalisée en remplaçant le graphite par une anode en Si, combinée à des polymères chargés en couches tout en maintenant stabilité et fiabilité.

Les matériaux d’anode à haute capacité, comme le silicium, sont essentiels pour augmenter l’autonomie des voitures électriques. En effet, ils créent des batteries lithium-ion à haute densité énergétique et offrent au moins dix fois la capacité du graphite ou d’autres matériaux d’anode actuellement disponibles.

Ce que les chercheurs ont trouvé difficile au cours de cette étape, c'est que l'expansion volumique des matériaux d'anode de haute capacité lors de la réaction avec le lithium constitue une menace pour les performances et la stabilité de la batterie. Pour atténuer ce problème, les chercheurs ont étudié des liants polymères capables de contrôler efficacement l’expansion volumétrique.

Jusqu’à présent, les recherches autour des batteries et de la densité énergétique se sont principalement concentrées uniquement sur la réticulation chimique et la liaison hydrogène.

La réticulation chimique implique une liaison covalente entre les molécules de liant, les rendant solides, mais elle présente un défaut fatal : une fois rompues, les liaisons ne peuvent plus être restaurées. D’un autre côté, la liaison hydrogène est une liaison secondaire réversible entre molécules basée sur des différences d’électronégativité, mais sa force (10-65 kJ/mol) est relativement faible.

Cependant, le nouveau polymère augmente l’autonomie des voitures électriques en utilisant à la fois la liaison hydrogène et les forces coulombiennes (attraction entre les charges positives et négatives). Ces forces ont une force de 250 kJ/mol, bien supérieure à celle de la liaison hydrogène, mais elles sont réversibles, ce qui facilite le contrôle de l'expansion volumétrique.

La surface des matériaux d'anode à haute capacité est principalement chargée négativement, et les polymères chargés en couches sont disposés alternativement avec des charges positives et négatives pour se lier efficacement à l'anode. En outre, l’équipe a introduit le polyéthylène glycol pour réguler les propriétés physiques et faciliter la diffusion du Li-ion, ce qui a permis d’obtenir une électrode épaisse de haute capacité et une densité d’énergie maximale trouvée dans les batteries Li-ion.

Le professeur Soojin Park a conclu : « La recherche pourrait potentiellement augmenter considérablement la densité énergétique des batteries lithium-ion grâce à l’incorporation de matériaux d’anode de haute capacité, étendant ainsi l’autonomie des voitures électriques.

Les matériaux d’anode à base de silicium pourraient potentiellement multiplier par dix l’autonomie.

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