Des chercheurs de l'Université de Finlande orientale ont développé un nouveau matériau hybride de microparticules de silicium mésoporeux et de nanotubes de carbone qui peut améliorer les performances du silicium dans les batteries Li-ion. Les progrès de la technologie des batteries sont essentiels pour le développement durable et pour atteindre la neutralité climatique.

Les États et les entreprises du monde entier recherchent avec impatience des technologies nouvelles et durables pour atteindre la neutralité climatique dans tous les secteurs de la société, allant du transport et de la production de consommables à la production d'énergie. Une fois l'énergie verte produite, il doit être stocké avant de pouvoir être utilisé dans des applications portables. Dans cette étape, La technologie des batteries joue un rôle essentiel pour faire de la consommation d'énergie verte une alternative viable.

À l'avenir, le silicium remplacera progressivement le carbone comme matériau d'anode dans les batteries Li-ion (LIB). Cette évolution est motivée par le fait que la capacité du silicium est dix fois supérieure à la capacité du graphite, qui est aujourd'hui utilisé comme matériau d'anode dans les LIB. L'utilisation de silicium dans l'anode permet même de doubler la capacité de la cellule totale de la batterie. Cependant, le silicium est confronté à de sérieux défis dans la technologie des batteries en raison de ses propriétés matérielles instables. De plus, il n'y a pas de technologie disponible à ce jour pour produire des anodes réalisables uniquement à partir de silicium.

Pour minimiser l'effet réducteur des taux de charge élevés sur la capacité des anodes en silicium, des chercheurs de l'Université de Finlande orientale ont développé un matériau hybride de microparticules de silicium mésoporeux (PSi) et de nanotubes de carbone (CNT). Selon les chercheurs, le matériau hybride doit être réalisé par conjugaison chimique de PSi et de NTC avec la bonne polarité afin de ne pas gêner la diffusion des ions lithium dans le silicium. Avec le bon type de conjugaison, la conductivité électrique et la durabilité mécanique du matériau ont également été améliorées. Plus loin, les microparticules PSi utilisées dans le matériau hybride ont été produites à partir de cendre de cosse d'orge afin de minimiser l'empreinte carbone du matériau de l'anode et de soutenir sa durabilité. Le silicium a été produit par un simple processus de réduction magnésiothermique appliqué aux phytolithes qui sont des structures de silice poreuse amorphe que l'on trouve en abondance dans la cendre de cosse. Les résultats ont été publiés dans Rapports scientifiques et Chimie et physique des matériaux .

Prochain, les chercheurs visent à produire une anode entièrement en silicium avec un électrolyte solide pour relever les défis liés à la sécurité des LIB et à l'interface d'électrolyte solide instable (SEI).

"Les progrès de la recherche LIB sont très excitants, et nous voulons contribuer au domaine avec notre savoir-faire lié aux structures mésoporeuses du silicium. Avec un peu de chance, l'UE investira davantage dans la recherche fondamentale sur les batteries pour ouvrir la voie aux batteries hautes performances et pour soutenir la compétitivité de l'Europe dans ce domaine. La feuille de route Batterie 2030+ serait essentielle pour accompagner cette avancée, " déclare le professeur Vesa-Pekka Lehto de l'Université de Finlande orientale.