Des chercheurs sud-coréens ont mis au point un nouveau type de structure d'électrode pour les batteries secondaires tout solide. Si cette technologie est adoptée, la densité énergétique des batteries pourrait augmenter considérablement par rapport aux technologies existantes, contribuer énormément au développement de batteries secondaires de haute performance.

Une équipe de recherche conjointe de l'Electronics and Telecommunications Research Institute (ETRI) et de l'Institut des sciences et technologies de Daegu Gyeongbuk (DGIST) a conçu une nouvelle structure d'électrode pour les batteries secondaires tout solide après avoir identifié le mécanisme de diffusion facile du lithium-ion entre les matériaux. Ils ont publié leurs résultats dans Lettres énergétiques ACS , une revue académique internationale en ligne spécialisée dans le secteur de l'énergie, gérée par l'American Chemical Society (ACS).

Contrairement aux cellules primaires, qui ne peut être utilisé qu'une seule fois, les batteries secondaires peuvent être rechargées et utilisées à plusieurs reprises. L'importance de la technologie des batteries secondaires pour les robots, voiture électrique, les systèmes de stockage d'énergie (ESS) et les drones se développent d'année en année.

Les batteries secondaires entièrement à semi-conducteurs utilisent un électrolyte solide pour transporter les ions à l'intérieur des électrodes de la batterie. Les électrolytes solides sont plus sûrs que les électrolytes liquides, qui peut provoquer un incendie. De plus, des électrolytes solides peuvent être mis en œuvre dans une cellule secondaire de type bipolaire pour augmenter la densité énergétique par une simple configuration de batterie.

La structure d'électrode d'une cellule secondaire tout solide classique est constituée d'un électrolyte solide responsable de la conduction ionique, un additif conducteur qui fournit les moyens de conduction électronique; matière active chargée de stocker l'énergie; et un liant qui retient physiquement et chimiquement ces éléments constitutifs.

Les chercheurs de l'ETRI ont découvert grâce à des expériences systématiques, cependant, que les ions sont transportés même entre les particules de matière active de graphite. Et ils ont proposé un nouveau type de structure d'électrode pour une pile secondaire tout solide constituée uniquement du matériau actif et du liant. Les chercheurs ont confirmé la possibilité que même sans additif d'électrolyte solide dans les électrodes, les performances d'une cellule secondaire tout solide pourraient être supérieures.

La faisabilité théorique de la nouvelle structure proposée par ETRI a été vérifiée à la DGIST par des tests électrochimiques d'un modèle virtuel fonctionnant sur un supercalculateur. Les chercheurs de l'ETRI ont réussi à démontrer cette structure dans une expérience réelle. Le résultat est une électrode tout solide dépendante de la diffusion.

Si la technologie d'ETRI est adoptée, le matériau additif de conduction solide deviendra inutile dans l'électrode ; au lieu, le matériau le plus actif peut être comprimé dans le même volume. En d'autres termes, la quantité de matière active dans l'électrode peut augmenter jusqu'à 98 % en poids et, par conséquent, la densité d'énergie peut être rendue 1,5 fois supérieure à celle de l'électrode composite en graphite classique.

La technologie offre également des avantages dans les aspects du processus de fabrication. Electrolytes solides de type sulfure, qui ont une conductivité ionique élevée et une plasticité modérée, sont considérés comme un excellent candidat pour la fabrication de batteries entièrement à l'état solide. Mais en raison de sa réactivité chimique élevée, les électrolytes solides de type sulfure laissent aux développeurs de batteries très peu d'options en matière de solvants et de liants. En revanche, avec la nouvelle électrode ETRI, les développeurs peuvent choisir librement le type de solvant et de liant à utiliser dans la batterie car l'électrode ne contient pas d'électrolytes solides hautement réactifs. Cela permet également aux chercheurs de poursuivre de nouvelles approches pour améliorer les performances des cellules secondaires tout solide.

Dr Young-Gi Lee, qui a participé à cette recherche, mentionné, "Nous avons révélé pour la première fois que les ions peuvent être diffusés uniquement avec des matériaux actifs. Nous ne sommes plus liés à la structure utilisée dans les cellules secondaires tout solide existantes. Nous prévoyons de développer des cellules secondaires avec des densités d'énergie même élevées, utilisant cette technologie. Nous allons également sécuriser nos droits sur la technologie de base et travailler sur une version qui pourrait être commercialisée."

Bien que l'ETRI ait mené ses recherches en utilisant un matériau actif de cathode en graphite, elle entend poursuivre ses recherches basées sur le même concept en utilisant divers autres matériaux d'électrode. Il prévoit également d'améliorer la technologie afin d'augmenter l'efficacité. Ceci peut être accompli en éliminant les problèmes d'interface entre les électrodes et en amincissant le volume des électrodes.