Samsung a dévoilé une batterie à semi-conducteurs qui combine une haute densité d'énergie (942 Wh/L) avec une longue durée de vie (1 000 cycles). L'étude a été publiée dans l'une des principales revues scientifiques au monde, Nature Energy.
Cette cellule de batterie poche utilise un électrolyte solide et une anode au lithium métal (couche composite argent-carbone), ce qui la différencie des batteries grand public actuelles qui utilisent des électrolytes liquides et des anodes en graphite/silicium.
Les progrès les plus récents de la technologie des batteries ont été réalisés en améliorant les cathodes. C'est agréable de voir enfin de solides progrès réalisés sur les fronts de l'anode et de l'électrolyte.
Voyons le communiqué de presse.
Le 9 mars à Londres, des chercheurs du Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) et du Samsung R&D Institute Japan (SRJ) ont présenté à Nature Energy, l'un des revues scientifiques les plus importantes au monde.
Par rapport aux batteries lithium-ion largement utilisées, qui utilisent des électrolytes liquides, les batteries entièrement à semi-conducteurs prennent en charge une plus grande densité d'énergie, ce qui ouvre la porte à de plus grandes capacités, et utilisent des électrolytes solides, qui sont manifestement plus sûrs. Cependant, les anodes au lithium métal qui sont fréquemment utilisées dans les batteries à semi-conducteurs sont susceptibles de déclencher la croissance de dendrites 1 qui peut produire des effets secondaires indésirables qui réduisent la durée de vie et la sécurité d'une batterie.
Pour surmonter ces effets, les chercheurs de Samsung ont proposé d'utiliser, pour la première fois, une couche composite argent-carbone (Ag-C) comme anode. L'équipe a découvert que l'incorporation d'une couche Ag-C dans un prototype de cellule de poche permettait à la batterie de supporter une plus grande capacité, une durée de vie plus longue et améliorait sa sécurité globale. Mesurant seulement 5 µm (micromètres) d'épaisseur, la couche nanocomposite ultrafine Ag-C a permis à l'équipe de réduire l'épaisseur de l'anode et d'augmenter la densité d'énergie jusqu'à 900 Wh/L. Cela leur a également permis de rendre leur prototype environ 50 % plus petit en volume qu'une batterie lithium-ion conventionnelle.
Cette recherche prometteuse devrait contribuer à stimuler l'expansion des véhicules électriques (VE). Le prototype de cellule de poche que l'équipe a développé permettrait à un véhicule électrique de parcourir jusqu'à 800 km avec une seule charge, et présente une durée de vie de plus de 1 000 charges.
Comme l'a expliqué Dongmin Im, maître au laboratoire de batteries de nouvelle génération du SAIT et chef du projet :« Le produit de cette étude pourrait être une technologie de départ pour des batteries plus sûres et plus performantes du futur. À l'avenir, nous continuerons à développer et à affiner les matériaux et les technologies de fabrication des batteries à semi-conducteurs pour aider à faire passer l'innovation des batteries de véhicules électriques au niveau supérieur. »
L'étude complète nous donne plus de détails que le communiqué de presse.
Faits saillants :
SoH (State of Health) est utilisé pour mesurer la rétention de la capacité de la batterie.
Avec ce type de densité d'énergie volumétrique, la BMW i3, qui utilise actuellement des cellules de batterie NCM 622 de Samsung SDI, pourrait obtenir une batterie de 89,9 kWh et une autonomie WLTP approximative de 660 km. Il aurait encore une autonomie de 627 km après 386.100 km [(660 + 627) / 2 x 600] et 587 km après 623.700 km [(660 + 587,4) / 2 x 1.000].
Pour cette étude, Samsung a utilisé une cathode NCM, ce qui est très courant de nos jours. Cependant, les électrolytes solides et les anodes au lithium métal peuvent également être combinés avec des cathodes sans cobalt, telles que LFMP ou LiFePO4, comme nous pouvons le voir dans d'autres études.
Enfin, c'est aussi une excellente nouvelle que la technologie des batteries à semi-conducteurs semble être plus près d'atteindre la production que prévu en 2016, comme nous pouvons le voir sur la feuille de route des cellules de batterie ci-dessous.
Ateliers technologiques BMW Group – E-Mobility en décembre 2016
Dans l'état actuel des choses, il semble que dans un avenir pas si lointain, nous aurons des batteries à semi-conducteurs avec des anodes au lithium métal combinées à des cathodes à haute densité énergétique (NCMA) et à des cathodes sans cobalt (LFMP).
Vous pouvez lire l'intégralité de l'article publié sur Nature Energy avec le lien Sci-Hub déverrouillé ci-dessous.
