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Des chercheurs américains ont récemment dévoilé une nouvelle architecture de batterie. Reposant sur deux innovations majeures, celle-ci se révèle à la fois sûre, durable et capable de stocker de grandes quantités d’énergie.

Des obstacles à surmonter

Substance conductrice pouvant être solide ou liquide, l’électrolyte permet de faire circuler les ions électriques entre les deux électrodes d’une batterie (anode et cathode) lorsque cette dernière est sollicitée.

Les anodes au silicium présentent des performances largement supérieures à celles de leurs contreparties au graphite. Malheureusement, lors des cycles successifs de charge et de décharge, celles-ci ont tendance à se dilater et à se dégrader rapidement au contact de l’électrolyte liquide que l’on retrouve dans les batteries lithium-ion classiques, ce qui restreint largement leur utilisation.

Possédant une densité énergétique bien supérieure et se rechargeant aussi plus rapidement que les cellules li-on, les batteries « solides » (dont les électrolytes sont solides et non liquides) s’avèrent prometteuses pour le stockage de l’énergie à grande échelle et l’alimentation des véhicules électriques. Cependant, ces dispositifs utilisent actuellement des anodes au lithium métallique devant être maintenues à des températures élevées durant la charge. Un processus particulièrement énergivore.

« En tant que chercheurs dans le domaine des batteries, il était essentiel de s’attaquer aux problèmes fondamentaux de ces systèmes », explique Shirley Meng, scientifique à l’université de Californie à San Diego et co-auteure de la nouvelle l’étude.

Un dispositif combinant « le meilleur des deux mondes »

Dans le cadre de travaux présentés dans la revue Science, Meng et ses collègues ont développé un dispositif capable de fonctionner à température ambiante combinant le « meilleur des deux mondes » (anode entièrement composée de micro-silicium et électrolyte solide à base de sulfure). Lors de tests réalisés en laboratoire, la cellule obtenue s’est avérée particulièrement stable, conservant 80 % de sa capacité après 500 cycles de charge/décharge.

Selon l’équipe, le fait d’avoir éliminé complètement le carbone et les autres liants habituellement utilisés dans les anodes au silicium a également permis d’améliorer significativement les taux de charge de la batterie.

« L’approche silicium/batterie solide permet de surmonter de nombreuses limites des batteries conventionnelles », explique Darren Tan, auteur principal de l’étude et PDG de la start-up UNGRID Battery, qui a récemment fait breveter la technologie. « Elle nous offre des possibilités intéressantes pour répondre aux demandes du marché en matière d’énergie volumétrique plus élevée, de coûts réduits et de batteries plus sûres, notamment pour le stockage d’énergie sur le réseau. »

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