Une équipe de chercheurs coréens a développé une technologie de traitement pour maximiser les densités énergétiques des batteries de grande capacité. L'équipe commune de recherche, qui se compose du Dr Minah Lee et du Dr Jihyun Hong du Clean Energy Institute, Institut coréen des sciences et de la technologie (KIST), ont annoncé le développement d'une technologie qui fournit une solution simple à un problème persistant associé aux matériaux d'anode (-) à base de silicium.

Récemment, Les matériaux d'anode en silicium capables de stocker quatre fois plus d'ions lithium que les matériaux d'anode en graphite dans les batteries lithium-ion ont suscité une attention croissante en raison de leur potentiel d'amélioration du kilométrage des véhicules électriques. Mais lorsqu'il est chargé dans le cycle initial, une batterie avec anode à base de silicium perd plus de 20 % des ions lithium qu'elle utilise pour le stockage de l'électricité, ce qui entraîne un problème de capacité réduite de la batterie. Pour résoudre ce problème, des chercheurs ont étudié une méthode de précharge au lithium, ou pré-lithiation, qui ajoute du lithium supplémentaire avant l'assemblage de la batterie pour compenser la perte de lithium pendant le cycle de la batterie. Méthodes appliquées jusqu'à présent, comme l'utilisation de poudre de lithium, présentent des inconvénients, notamment des risques pour la sécurité et un coût élevé.

Le Dr Lee et le Dr Hong de KIST ont développé une technologie qui permet le pré-chargement d'ions lithium en utilisant une solution contenant du lithium plutôt que de la poudre de lithium, prévenir la perte de lithium dans une anode à base de silicium. L'immersion d'une électrode dans la solution sur mesure pendant seulement cinq minutes suffit pour réussir la précharge du lithium, par lequel des électrons et des ions lithium sont insérés dans l'anode à base de silicium par une réaction chimique spontanée. Contrairement à la méthode conventionnelle d'ajout de poudre de lithium à une électrode conduisant à une distribution hétérogène du lithium, la solution de prélithiation sur mesure s'infiltre rapidement dans une électrode, assurant une distribution homogène du lithium dans l'oxyde de silicium.

L'anode à base de silicium prélithié développée par l'équipe de recherche perd moins de 1% de lithium actif dans la première charge, produisant une efficacité initiale élevée de la batterie de 99% ou plus. Une batterie fabriquée avec l'anode prélithée présentait une densité d'énergie 25 % supérieure à celle d'une batterie comparable utilisant une anode en graphite disponible sur le marché (406 Wh/kg - 504 Wh/kg).

Dr Lee, qui a dirigé la recherche, mentionné, "En incorporant une technique informatique de science des matériaux dans la conception d'une structure moléculaire optimale, nous avons pu améliorer l'efficacité d'une grande capacité, anode à base de silicium à pas de géant avec la méthode simple de contrôler simplement la température de la solution et le temps de réaction. Comme cette technologie est facilement applicable au processus roll-to-roll utilisé dans les installations de fabrication de batteries existantes, notre méthode a le potentiel de réaliser une percée dans la mise en œuvre d'anodes à base de silicium pour les batteries pratiques."

Le co-chercheur principal, le Dr Hong, a déclaré :« Ce travail collaboratif a pu être réalisé car le KIST encourage les recherches conjointes entre les membres de différentes équipes de recherche. Cette technologie de prélithation permet d'augmenter le kilométrage des véhicules électriques d'au moins 100 km en moyenne.