Les chercheurs du KIST ont développé un matériau cathodique composé d'un complexe carbone-silicium en mélangeant et en chauffant simplement du silicium mélangé à de l'huile avec des ingrédients verts, du maïs et de l'amidon de patate douce. Si des batteries constituées de ce matériau sont installées dans des véhicules électriques, l'autonomie va plus que doubler. Crédit : Institut coréen des sciences et de la technologie (KIST)
Le Dr Hun-Gi Jung et son équipe de recherche au Centre de recherche sur le stockage de l'énergie de l'Institut coréen des sciences et de la technologie (KIST, Le président Lee Byung Gwon) ont annoncé le développement de matériaux d'anode en silicium qui peuvent multiplier par quatre la capacité de la batterie par rapport aux matériaux d'anode en graphite et permettre une charge rapide à plus de 80 % de la capacité en seulement cinq minutes. Appliqué aux batteries pour véhicules électriques, les nouveaux matériaux devraient plus que doubler leur autonomie.
Les batteries actuellement installées dans les véhicules électriques de série utilisent des matériaux d'anode en graphite, mais leur faible capacité contribue à ce que les véhicules électriques aient une autonomie plus courte que les véhicules à moteur à combustion interne. Par conséquent, silicium, avec une capacité de stockage d'énergie 10 fois supérieure au graphite, a attiré l'attention en tant que matériau d'anode de nouvelle génération pour le développement de véhicules électriques à longue autonomie. Cependant, les matériaux en silicium n'ont pas encore été commercialisés car leur volume augmente rapidement et la capacité de stockage diminue considérablement pendant les cycles de charge et de décharge, ce qui limite la commercialisation. Un certain nombre de méthodes ont été suggérées pour améliorer la stabilité du silicium en tant que matériau d'anode, mais le coût et la complexité de ces méthodes ont empêché le silicium de remplacer le graphite.
Pour améliorer la stabilité du silicium, Le Dr Jung et son équipe se sont concentrés sur l'utilisation de matériaux courants dans notre vie quotidienne, comme l'eau, huile, et l'amidon. Ils ont dissous l'amidon et le silicium dans l'eau et l'huile, respectivement, puis mélangés et chauffés pour produire des composites carbone-silicium. Un processus thermique simple utilisé pour faire frire les aliments a été utilisé pour fixer fermement le carbone et le silicium, empêchant les matériaux d'anode en silicium de se dilater pendant les cycles de charge et de décharge.
Les matériaux composites développés par l'équipe de recherche ont démontré une capacité quatre fois supérieure à celle des matériaux d'anode en graphite (360mAh/g - 1, 530mAh/g) et une capacité de rétention stable sur 500 cycles. Il a également été constaté que les matériaux permettent aux batteries de se charger à plus de 80 % de leur capacité en seulement cinq minutes. Les sphères de carbone empêchent l'expansion de volume habituelle du silicium, améliorant ainsi la stabilité des matériaux en silicium. Aussi, l'utilisation de carbone hautement conducteur et le réarrangement de la structure en silicium ont permis d'obtenir un rendement élevé.
« Nous avons pu développer des matériaux composites carbone-silicium en utilisant des des matériaux du quotidien et des procédés de mélange et thermiques simples sans réacteurs, " a déclaré le Dr Jung, le chercheur principal de l'équipe KIST. Il a continué, « Les processus simples que nous avons adoptés et les composites dotés d'excellentes propriétés que nous avons développés sont très susceptibles d'être commercialisés et produits en série. Les composites pourraient être appliqués aux batteries lithium-ion pour véhicules électriques et systèmes de stockage d'énergie (ESS).
Les résultats de la recherche ont été publiés dans le plus récent numéro de Lettres nano .
