Le côté "funky" du développement des batteries à l'état solide
La conception des matériaux et les modifications de surface créent de nouvelles opportunités
Les batteries à l'état solide (SSB) sont considérées comme la prochaine génération de batteries par rapport aux batteries Li-ion conventionnelles. Malgré d'importants efforts de recherche, très peu de SSB sont prêtes à être commercialisées. Ces dernières années, divers matériaux prometteurs ont été introduits, mais l'un des principaux défis persiste : la combinaison de ces matériaux en une cellule stable. Le consortium du projet FUNCY-SSB (prononcé "funky-ssb"), avec des partenaires allemands, slovènes et norvégiens, a pour objectif de changer cette situation au cours des trois prochaines années.
Les batteries à l'état solide (SSB) sont particulièrement intéressantes pour le secteur de la mobilité, principalement en raison de leur densité énergétique améliorée. L'électrolyte à l'état solide (SSE) est le composant clé d'une SSB à haute performance. Cependant, l'utilisation d'électrolytes à l'état solide pose de nouveaux défis liés à la conductivité ionique, à l'aptitude au traitement, à la recyclabilité et à la durabilité. En outre, l'interface entre le matériau actif et l'électrolyte solide doit être soigneusement contrôlée.
La combinaison d'électrolytes polymères et inorganiques est une approche prometteuse pour relever ces défis. Cependant, ces électrolytes ne peuvent pas être créés en mélangeant simplement des composants polymères et inorganiques. Le défi de la combinaison de matériaux polymères et inorganiques n'est pas seulement la compatibilité entre tous les composants, mais aussi la garantie d'un bon transport du lithium entre les différentes phases de l'électrolyte. La combinaison de la conception de l'interface et du revêtement devrait améliorer le transport du lithium entre les phases tout en assurant la protection de l'électrolyte sulfuré sensible à l'humidité. Les composants doivent être spécifiquement adaptés pour permettre un transport efficace des ions lithium à travers l'ESS dans son ensemble.
La conception des matériaux et les modifications de surface ouvrent de nouvelles perspectives
Le projet FUNCY-SSB (FUNctional Coatings of sulfide electrolYtes for lithium Solid-State Batteries) se concentre sur le développement de SSE durables avec des performances électrochimiques améliorées pour relever ces défis clés. Des revêtements de surface fonctionnels seront utilisés pour créer des SSE en combinant des électrolytes sulfurés avec divers polymères. Les revêtements inorganiques produits par dépôt de couches atomiques optimiseront le transport des ions lithium à travers le polymère dans l'électrolyte sulfuré. L'objectif est de mettre au point des SSE présentant une conductivité ionique élevée, une meilleure stabilité à l'humidité et une fenêtre de stabilité électrochimique élargie en utilisant un revêtement de surface fonctionnel. Cela permettra non seulement d'améliorer la stabilité, mais aussi d'augmenter la durée de vie et la densité énergétique des batteries.
Il existe actuellement peu de données sur la recyclabilité des ESS et la durabilité de leur production. Ces aspects ne sont souvent pris en compte que rétrospectivement, au lieu d'être évalués et traités au cours de la phase de développement du matériau. Des études de recyclage, ainsi que des analyses du potentiel économique et écologique, seront menées au cours du processus de développement des matériaux afin d'optimiser les ESS en termes de recyclabilité et de production durable. Le potentiel de fabrication des matériaux sera évalué en collaboration avec des partenaires industriels. En outre, FUNCY-SSB utilisera les technologies sémantiques pour numériser les processus de synthèse et de fabrication des matériaux et des composants des batteries, ce qui améliorera l'interopérabilité, accélérera le processus de développement et réduira le risque d'erreurs.
Un objectif clair en vue
"D'ici à la fin de FUNCY-SSB, nous avons l'intention de faire la démonstration d'un concept d'électrolyte à l'état solide qui permettra d'améliorer les performances et la durabilité des batteries. En outre, notre approche de la conception des matériaux, qui tient compte de la recyclabilité et de la durabilité pendant le développement, peut servir de modèle pour la conception d'autres électrolytes à l'état solide", résume le Dr Guinevere Giffin, coordinatrice du projet et responsable scientifique du centre de R&D Fraunhofer Electromobility au Fraunhofer ISC. Une démonstration de faisabilité des nouveaux matériaux SSE dans des prototypes de cellules à poche, qui nécessitent une pression externe réduite pendant leur utilisation, démontrera la faisabilité de l'approche FUNCY-SSB en matière de conception de matériaux. Ce projet favorisera la disponibilité de matériaux et de composants de batteries de haute qualité aux propriétés adaptées. Le développement et la compréhension fondamentale des matériaux d'électrolytes avancés durables pour les batteries de la prochaine génération renforceront la compétitivité nationale et européenne dans le domaine de la recherche et du développement des batteries.
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