De nouvelles innovations en matière de chimie des batteries se produisent chaque jour, dont certaines peuvent changer l'avenir de l'industrie telle que nous la connaissons. partie 1 et partie 2 Dans cette série, nous avons évoqué certains des matériaux de batterie les plus récents qui révolutionnent les batteries au lithium telles que nous les connaissons. Dans la troisième partie, nous en aborderons encore plus.
Anodes à base de silicium
Les anodes en silicium ont une capacité théorique bien supérieure à celle des anodes en graphite standard de l'industrie. Le problème avec les anodes en silicium est que pendant les cycles de charge, leur volume augmente. Les scientifiques travaillent d'arrache-pied pour tenter de résoudre ce problème, ce qui pourrait être possible grâce aux progrès des nanostructures et des composites en silicium. La mise en œuvre réussie des anodes en silicium pourrait conduire à une densité énergétique plus élevée à l'avenir, en particulier pour les véhicules électriques et l'électronique grand public.
Anodes à base de titane
Les anodes à base de titane sont plus sûres, plus stables et ont une durée de vie plus longue que leurs homologues en graphite. Leur tension beaucoup plus élevée réduit le risque de placage au lithium, une condition dangereuse dans laquelle les ions se déplacent trop rapidement de l'électrode négative à l'anode positive et s'insèrent dans les particules de graphite, laissant derrière eux une couche métallique qui peut entraîner un emballement thermique ou des incendies de batterie. Les anodes à base de titane entraînent également moins de formation de dendrites de lithium, ce qui en fait un choix globalement plus sûr.
Les anodes à base de titane sont plus résistantes à la dégradation structurelle, car elles résistent aux changements structurels pendant les cycles de charge et de décharge. Les anodes en graphite se dilatent, se contractent et finissent par se fissurer. Les anodes à base de titane sont également le choix idéal pour une charge rapide, car elles ont des taux de diffusion des ions lithium plus rapides qui permettent une charge rapide sans endommager la batterie. Elles peuvent également fonctionner mieux à basse température que les anodes en graphite.
Les principaux problèmes qui empêchent les anodes à base de titane de faire leur entrée sur le marché sont la densité énergétique et le coût élevé. Les anodes à base de titane ont environ la moitié de la densité énergétique des anodes en graphite et ont tendance à être plus chères, ce qui en fait un problème pour les fonctions à forte demande comme l'électronique grand public. Cependant, elles semblent être une solution viable à l'avenir pour les applications de charge rapide comme les outils électriques, ainsi que pour les fonctions qui nécessitent un long cycle de vie comme le stockage sur réseau industriel.
Cathodes à base de vanadium
L’utilisation de cathodes à base de vanadium est actuellement étudiée en raison de leur grande capacité, de leur conductivité et de leur durabilité. L’excellente conductivité des matériaux à base de vanadium en fait une option intéressante pour l’avenir du stockage rapide de l’énergie, par exemple pour l’électronique personnelle et les véhicules électriques à hautes performances. Le vanadium est généralement abondant et bon marché, ainsi que respectueux de l’environnement. La récolte du vanadium a tendance à être plus éthique et plus respectueuse de l’environnement que la plupart des méthodes de récolte du cobalt et du nickel, les matériaux les plus couramment utilisés pour les cathodes de batteries au lithium.
Les cathodes à base de vanadium peuvent être plus chères que celles au nickel et au cobalt, plus lourdes et peuvent nécessiter un processus de fabrication complexe. Cependant, ce matériau gagne rapidement en popularité auprès des fabricants de batteries au lithium en raison de ses avantages évidents.
Analyse comparative de trois différentes
Pour fournir une référence rapide, voici une comparaison des trois matériaux :
| Matières | Avantages | Défis | Applications potentielles |
| Anodes à base de silicium | Haute densité énergétique, léger | Expansion du volume, intégrité structurelle | Véhicules électriques, électronique grand public |
| Anodes à base de titane | Sûr, charge rapide, durable, performances à basse température | Faible densité énergétique, coût élevé | Outils électriques, stockage sur réseau |
| Cathodes à base de vanadium | Durable, haute conductivité, adapté au stockage rapide de l'énergie | Fabrication lourde, coûteuse et complexe | Véhicules électriques, stockage sur réseau, électronique haute performance |
Liant polymère densément fonctionnalisé
Les matériaux de batterie présentés dans cette série représentent des avancées significatives dans l’innovation des batteries au lithium. Les anodes à base de silicium pourraient conduire à des véhicules électriques plus légers et plus durables. Les anodes à base de titane pourraient révolutionner les technologies de charge rapide et les applications industrielles, tandis que les cathodes à base de vanadium pourraient ouvrir la voie à une production de batteries plus durable et plus éthique.
Ces matériaux en sont encore aux premiers stades de leur adoption, mais grâce à des recherches et développements en cours, ils ont le potentiel de redéfinir le stockage d'énergie dans tous les secteurs. Dans la quatrième partie, nous explorerons encore plus de chimies émergentes, notamment les batteries lithium-soufre et à semi-conducteurs, qui promettent de remédier à certaines des principales limitations des technologies lithium-ion actuelles.
