Montage de test pour la batterie à l'état solide :la batterie de la taille d'une pile bouton est située au milieu du boîtier en verre acrylique, qui assure un contact permanent avec la batterie. Crédit :Forschungszentrum Jülich / Regine Panknin
Les batteries à semi-conducteurs ne contiennent aucune pièce liquide susceptible de fuir ou de prendre feu. Pour cette raison, ils ne nécessitent pas de refroidissement, et sont considérés comme beaucoup plus sûrs, plus fiable, et plus durable que les batteries lithium-ion traditionnelles. Les scientifiques de Juelich ont maintenant introduit un nouveau concept qui permet des courants jusqu'à 10 fois plus importants pendant la charge et la décharge que ceux précédemment décrits dans la littérature.
Le faible courant est considéré comme l'un des plus grands obstacles au développement des batteries à semi-conducteurs car les batteries prennent un temps relativement long à charger, généralement environ 10 à 12 heures dans le cas d'une batterie complètement déchargée. Le nouveau type de cellule que les scientifiques de Jülich ont conçu, cependant, prend moins d'une heure pour se recharger.
"Avec les concepts décrits à ce jour, seuls de très faibles courants de charge et de décharge étaient possibles en raison de problèmes au niveau des interfaces internes à semi-conducteurs. C'est ici qu'intervient notre concept basé sur une combinaison avantageuse de matériaux, et nous l'avons déjà breveté, " explique le Dr Hermann Tempel, chef de groupe au Juelich Institute for Energy and Climate Research (IEK-9).
Dans les batteries lithium-ion conventionnelles, un électrolyte liquide est utilisé, qui contacte généralement très bien les électrodes. Avec leurs surfaces texturées, les électrodes absorbent le liquide comme une éponge, créer une grande zone de contact. En principe, deux solides ne peuvent pas être joints ensemble de façon transparente. La résistance de contact entre les électrodes et l'électrolyte est en conséquence élevée. « Afin de permettre le plus grand flux de courant possible à travers les limites des couches, nous avons utilisé des matériaux très similaires pour produire tous les composants. L'anode, cathode, et l'électrolyte étaient tous fabriqués à partir de différents composés de phosphate pour permettre des taux de charge supérieurs à 3C (à une capacité d'environ 50 mAh/g). C'est dix fois plus élevé que les valeurs trouvées dans la littérature, " explique Hermann Tempel.
L'électrolyte solide sert de matériau support stable sur lequel les électrodes sont actuellement appliquées des deux côtés en utilisant le processus de sérigraphie. Crédit :Forschungszentrum Juelich / Régine Panknin
L'électrolyte solide sert de matériau support stable sur lequel des électrodes de phosphate sont appliquées des deux côtés par le procédé de sérigraphie. Les matériaux utilisés sont d'un prix raisonnable et relativement faciles à traiter. Contrairement aux batteries lithium-ion conventionnelles, la nouvelle batterie à semi-conducteurs est également en grande partie exempte de substances toxiques ou nocives.
« Dans les premiers tests, la nouvelle cellule de batterie était très stable sur 500 cycles de charge et de décharge et a conservé plus de 84 pour cent de sa capacité d'origine, " a déclaré le Dr Shicheng Yu. " Il y a encore place à l'amélioration ici. Théoriquement, une perte de capacité inférieure à 1% devrait même être possible, " dit Yu, qui a développé et testé la batterie dans le cadre d'un programme de financement du China Scholarship Council (CSC) à l'Institut de Jülich pour la recherche sur l'énergie et le climat (IEK-9).
Pr Rüdiger Eichel, Directeur d'institut de l'IEK-9 au Forschungszentrum Jülich et porte-parole du thème « stockage des batteries » au sein de l'association Helmholtz, avec un modèle de l'électrolyte solide. Crédit :Forschungszentrum Jülich / Sascha Kreklau
Directeur de l'Institut Prof. Ruediger-A. Eichel est également convaincu des avantages du nouveau concept de batterie. « La densité énergétique est déjà très élevée autour de 120 mAh/g, même s'il est encore légèrement inférieur à celui des batteries lithium-ion actuelles, " dit Eichel. Outre le développement de l'électromobilité, le porte-parole du thème "stockage des batteries" au sein de l'association Helmholtz estime que les batteries à semi-conducteurs seront également utilisées dans d'autres domaines à l'avenir:"Les batteries à semi-conducteurs sont actuellement développées en priorité comme stockage d'énergie pour les véhicules électriques de prochaine génération. Mais nous pensons également que les batteries à semi-conducteurs prévaudront dans d'autres domaines d'application qui nécessitent une longue durée de vie et un fonctionnement sûr, tels que la technologie médicale ou les composants intégrés dans le domaine de la maison intelligente, " dit Eichel.
