Quel est le potentiel d'innovation de l'utilisation du graphène dans les batteries lithium-ion ?
Une nouvelle publication consacrée à l'utilisation du graphène dans les batteries lithium-ion laisse entrevoir le potentiel de ce matériau : Le graphène peut améliorer considérablement les performances des batteries à l'avenir. Alors que de grands progrès ont été réalisés d'un point de vue technologique, l'utilisation à grande échelle de composants de batteries à base de graphène reste un défi. L'article "Graphene Roadmap Briefs No. 4", qui vient d'être publié dans la revue spécialisée 2D-Materials, présente les principales tendances depuis 2017 et les perspectives futures pour la commercialisation du graphène dans la technologie des batteries.
En raison de ses propriétés électroniques, mécaniques et chimiques uniques, le graphène est considéré comme un matériau prometteur pour le développement des batteries lithium-ion (LIB). La publication qui vient d'être publiée résume les principaux progrès et défis dans le développement et la commercialisation de batteries Li-ion avec des composants en graphène, en mettant l'accent sur les anodes en silicium à base de graphène. La publication se base sur deux feuilles de route technologiques élaborées par le Fraunhofer ISI pour l'initiative phare de l'UE sur le graphène, qui ont examiné les développements et tendances actuels dans ce domaine d'application.
Le graphène peut améliorer les performances et la durabilité des batteries
Les résultats soulignent par exemple que le graphène, utilisé comme additif dans les composites silicium-carbone, permet d'augmenter jusqu'à 30 % la densité énergétique des batteries. Le graphène pourrait également offrir des avantages en termes de capacité de charge rapide et contribuer à réduire les temps de charge. En outre, l'intégration du graphène dans les anodes en silicium pourrait améliorer la stabilité et donc la durée de vie et la durabilité des batteries. Cependant, la stabilité des anodes en silicium n'est pas encore aussi bonne que celle des anodes en graphite traditionnelles.
Inversement, il n'existe pas encore de procédés de fabrication rentables pour une large application commerciale des batteries à base de graphène, et les prix du graphène et des matériaux apparentés sont restés plus élevés que prévu par le passé. Parallèlement, les performances des batteries lithium-ion ne cessent de s'améliorer, la part des véhicules électriques augmente et la construction d'installations européennes de fabrication de cellules se poursuit. Cela augmente à son tour les chances d'introduction de nouveaux matériaux tels que le graphène, en particulier pour les applications à performances optimisées.
"Nous observons un intérêt continu pour les solutions à base de graphène dans le secteur des batteries, mais nous constatons également que les batteries lithium-ion deviennent plus efficaces et sont constamment optimisées en termes de coûts et de performances. Ce qui est décisif pour l'utilisation du graphène dans les batteries lithium-ion, c'est la rapidité avec laquelle les composants de batterie à base de graphène peuvent être intégrés dans les processus de production industriels et si nous pouvons mettre en place une chaîne d'approvisionnement stable et adaptée aux besoins", explique Maximilian Stephan, premier auteur de la publication. Et d'ajouter : "Pour cela, il faut des stratégies coordonnées afin de rendre les avantages scientifiquement prouvés également utilisables dans l'industrie".
En ce qui concerne l'avenir, la publication souligne que de nombreuses start-ups et entreprises s'intéressent à des approches innovantes de la production de graphène, mais qu'elles suivent parfois des stratégies très différentes : Certaines misent sur le développement de méthodes de production bon marché et à grande échelle pour du graphène moins pur. D'autres entreprises visent l'utilisation de graphène de haute pureté pour des applications spécifiques où la performance peut justifier le prix potentiellement plus élevé. En ce qui concerne le prix futur du graphène, l'étude estime qu'il existe un potentiel de réduction des coûts à l'avenir grâce à la montée en gamme de la production et à l'amélioration des méthodes de fabrication.
Perspectives d'avenir et autres besoins de recherche
Malgré les nombreux défis, les auteurs du Fraunhofer ISI estiment qu'une future pénétration du marché par le graphène dans la technologie des batteries est possible. Un champ d'application prometteur pourrait être la fabrication de composites silicium-graphène pour des batteries spéciales, car ceux-ci offrent des avantages technologiques et peuvent par exemple améliorer les performances des anodes à base de silicium. En outre, le graphène fait l'objet de recherches en tant que composant potentiel pour les batteries lithium-soufre, qui pourraient à long terme constituer une alternative aux LIB traditionnelles.
Les développements futurs dépendent fortement de la recherche et des coopérations industrielles, selon les auteurs. Il s'agit tout d'abord de faire progresser la maturité du marché des composants à base de graphène et la commercialisation, et d'évaluer en permanence les performances du graphène par rapport à d'autres matériaux haute performance. Une collaboration étroite entre les fabricants de matériaux, les producteurs de batteries, l'industrie automobile et les chercheurs est également nécessaire pour augmenter la pénétration du marché. Des prix plus élevés pourraient être justifiés par une valeur ajoutée élevée et la concentration sur des applications à haute performance.
En conclusion, on peut dire que le graphène est un matériau très prometteur : Le graphène reste un matériau prometteur pour l'industrie des batteries, même s'il n'a pas encore fait son entrée sur le marché à grande échelle. Des progrès dans la recherche sur les matériaux et dans la mise en place d'une production de batteries et d'une chaîne de valeur européenne pourraient ouvrir la voie à une plus grande utilisation à moyen terme. Si l'on parvient à améliorer encore l'évolutivité, le graphène pourrait jouer un rôle important en tant que matériau de batterie dans quelques années déjà.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Allemand peut être trouvé ici.
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