Le caoutchouc est la clé de batteries EV durables et plus sûres

Le caoutchouc est la clé de batteries EV durables et plus sûres

Un chercheur étire le matériau en caoutchouc à grande échelle. Crédit : Georgia Tech

Pour que les véhicules électriques (VE) deviennent courants, ils ont besoin de batteries rentables, plus sûres et plus durables qui n’exploseront pas pendant l’utilisation ou n’endommageront pas l’environnement. Des chercheurs du Georgia Institute of Technology ont peut-être trouvé une alternative prometteuse aux batteries lithium-ion conventionnelles fabriquées à partir d’un matériau commun : le caoutchouc.

Les élastomères, ou caoutchoucs synthétiques, sont largement utilisés dans les produits de consommation et les technologies de pointe telles que l’électronique portable et la robotique souple en raison de leurs propriétés mécaniques supérieures. Les chercheurs ont découvert que le matériau, lorsqu’il était formulé dans une structure 3D, agissait comme une autoroute pour un transport rapide du lithium-ion avec une ténacité mécanique supérieure, entraînant une charge plus longue des batteries pouvant aller plus loin. La recherche, menée en collaboration avec le Korea Advanced Institute of Science and Technology, a été publiée mercredi dans la revue La nature.

Dans les batteries lithium-ion conventionnelles, les ions sont déplacés par un électrolyte liquide. Cependant, la batterie est intrinsèquement instable : même le moindre dommage peut s’infiltrer dans l’électrolyte, entraînant une explosion ou un incendie. Les problèmes de sécurité ont contraint l’industrie à se tourner vers les batteries à semi-conducteurs, qui peuvent être fabriquées à l’aide de matériaux céramiques inorganiques ou de polymères organiques.

« La majeure partie de l’industrie se concentre sur la construction d’électrolytes inorganiques à l’état solide. Mais ils sont difficiles à fabriquer, coûteux et ne sont pas respectueux de l’environnement », a déclaré Seung Woo Lee, professeur agrégé au George W. Woodruff School of Mechanical Engineering, qui fait partie d’une équipe de chercheurs qui ont découvert un polymère organique à base de caoutchouc supérieur aux autres matériaux. Les électrolytes polymères solides continuent de susciter un grand intérêt en raison de leur faible coût de fabrication, de leur non-toxicité et de leur nature molle. Cependant, les électrolytes polymères conventionnels n’ont pas une conductivité ionique et une stabilité mécanique suffisantes pour un fonctionnement fiable des batteries à semi-conducteurs.

La nouvelle conception 3D permet de sauter dans la densité d’énergie, les performances

Les ingénieurs de Georgia Tech ont résolu des problèmes courants (transport lithium-ion lent et mauvaises propriétés mécaniques) en utilisant les électrolytes en caoutchouc. La percée clé a été de permettre au matériau de former une phase cristalline en plastique interconnectée en trois dimensions (3D) au sein de la matrice de caoutchouc robuste. Cette structure unique a entraîné une conductivité ionique élevée, des propriétés mécaniques supérieures et une stabilité électrochimique.

Cet électrolyte en caoutchouc peut être fabriqué à l’aide d’un processus de polymérisation simple à basse température, générant des interfaces robustes et lisses à la surface des électrodes. Ces caractéristiques uniques des électrolytes en caoutchouc empêchent la croissance des dendrites de lithium et permettent un déplacement plus rapide des ions, permettant un fonctionnement fiable des batteries à semi-conducteurs même à température ambiante.

« Le caoutchouc a été utilisé partout en raison de ses propriétés mécaniques élevées, et il nous permettra de fabriquer des batteries bon marché, plus fiables et plus sûres », a déclaré Lee.

« Une conductivité ionique plus élevée signifie que vous pouvez déplacer plus d’ions en même temps », a déclaré Michael Lee, chercheur diplômé en génie mécanique. « En augmentant l’énergie spécifique et la densité énergétique de ces batteries, vous pouvez augmenter le kilométrage du véhicule électrique. »

Les chercheurs cherchent maintenant des moyens d’améliorer les performances de la batterie en augmentant sa durée de cycle et en diminuant le temps de charge grâce à une conductivité ionique encore meilleure. Jusqu’à présent, leurs efforts ont permis de doubler les performances/temps de cycle de la batterie.

Les travaux pourraient renforcer la réputation de la Géorgie en tant que centre d’innovation des véhicules électriques. SK Innovation, une société mondiale d’énergie et de pétrochimie, finance des recherches supplémentaires sur le matériau électrolytique dans le cadre de sa collaboration continue avec l’Institut pour construire des batteries à semi-conducteurs de nouvelle génération plus sûres et plus denses en énergie que les batteries LI-ion conventionnelles. SK Innovation a récemment annoncé la construction d’une nouvelle usine de batteries pour véhicules électriques à Commerce, en Géorgie, qui devrait produire un volume annuel de batteries lithium-ion égal à 21,5 gigawattheures d’ici 2023.

« Les batteries entièrement à semi-conducteurs peuvent augmenter considérablement le kilométrage et la sécurité des véhicules électriques. Les entreprises de batteries à croissance rapide, dont SK Innovation, pensent que la commercialisation de batteries entièrement à semi-conducteurs changera la donne sur le marché des véhicules électriques », a déclaré Kyounghwan Choi, directeur du centre de recherche sur les batteries de nouvelle génération de SK Innovation. « Grâce au projet en cours en collaboration avec SK Innovation et le professeur Seung Woo Lee de Georgia Tech, il y a de grandes attentes pour une application et une commercialisation rapides des batteries tout solide. »


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Plus d’information:
Seung Lee, Electrolytes élastomères pour batteries lithium à semi-conducteurs à haute énergie, La nature (2022). DOI : 10.1038 / s41586-021-04209-4. www.nature.com/articles/s41586-021-04209-4

Fourni par le Georgia Institute of Technology

Citation: Le caoutchouc est la clé de batteries EV durables et plus sûres (2022, 12 janvier) récupéré le 12 janvier 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-01-rubber-material-key-long-lasting-safer. html

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