Des chercheurs créent une batterie à semi-conducteurs qui stocke 10 fois plus d’énergie

Des Chercheurs Créent Une Batterie à Semi Conducteurs Qui Stocke 10

Une équipe de scientifiques de l’Université de Californie – San Diego a réussi à créer un nouveau type de batterie – intitulé « batterie à l’état solide au silicium » -, qui promet d’augmenter la capacité énergétique jusqu’à 10 fois, selon le résumé de papier publié dans la nouvelle édition du journal science, du dernier jour 24.

Selon les premiers tests déjà réalisés en partenariat avec LG, la nouvelle batterie a le potentiel d’améliorer – à grande échelle – des marchés d’intérêt énergétique très évidents, tels que le secteur de la voiture électrique et la distribution d’énergie électrique dans les foyers.

Le graphique montre le programme de développement de batteries à semi-conducteurs de l'Université de Californie
Le nouveau format de batterie utilise un alliage à semi-conducteurs et une anode de silicium, offrant une plus grande capacité énergétique, plus de durabilité et de stabilité, et promet d’améliorer l’industrie des voitures électriques et de l’énergie résidentielle (Image : Université de Californie – San Diego/Édition)

Les avantages de la découverte proviennent en grande partie de l’anode en silicium. Selon les scientifiques, le matériau a environ 10 fois la capacité de stockage d’énergie observée dans les modèles actuels, qui utilisent des anodes en graphite. Le problème, cependant, est que le silicium se dégrade facilement, ce qui signifie qu’il s’étire et se contracte sous le passage des courants électriques, se détériorant facilement. C’est aujourd’hui le seul obstacle à l’application commerciale du matériau.

Mais avec le nouveau type d’électrolyte appliqué par l’université, ce problème semble avoir été résolu, car les tests indiquent que la batterie à semi-conducteurs non seulement stocke plus d’énergie, mais la transfère plus efficacement et est très durable.

« Avec cette configuration de batterie, nous ouvrons un nouvel espace pour les articles à l’état solide qui utilisent des anodes d’autres alliages de matériaux, tels que le silicium », a déclaré Darren HS Tan, auteur principal de l’article et titulaire d’un doctorat en génie chimique de la faculté, en plus d’être co-fondateur de la startup UNIGRID, qui a autorisé la technologie de la batterie.

Selon lui, les batteries à l’état solide existent déjà, mais elles utilisent toujours l’anode au lithium, un métal alcalin. Bien que son fonctionnement soit incontestable, son application a une efficacité réduite : les restrictions imposées par les organismes scientifiques obligent les fabricants à imposer des restrictions artificielles sur les taux de recharge, et le lithium lui-même nécessite des températures élevées pour se recharger – généralement autour de 60 °C. Avec une anode en silicium, ces restrictions ne sont pas nécessaires.

Lors d’une démonstration à l’échelle du laboratoire, l’équipe à l’origine de la batterie à semi-conducteurs a réussi à fournir 500 cycles de décharge-recharge à température ambiante, avec une capacité de rétention d’énergie de 80 %.

La «rétention d’énergie» est essentiellement la capacité d’une batterie à stocker de l’énergie. Lorsqu’un appareil est neuf, ce volume peut atteindre 100 %. Cependant, au fur et à mesure que vous le chargez, la dégradation naturelle du composé réduira ce pourcentage – c’est ce que nous appelons « batterie à fuite » (rappelez-vous que la « fuite » de la batterie est quelque chose de naturel : ce qui n’est pas normal, c’est qu’elle commence à le faire avec peu de durée d’utilisation, ce qui peut être le signe d’une mauvaise utilisation ou d’un défaut de fabrication).

La dégradation accélérée du silicium était due à l’utilisation de ces anodes dans des électrolytes de nature liquide. Ce que les scientifiques ont fait, c’est l’échanger contre une solution solide à base de sulfure, qu’ils ont trouvée beaucoup plus stable.

« Ce nouveau travail apporte une solution prometteuse au problème des anodes en silicium, bien qu’il reste encore du travail à faire », a déclaré Shirley Meng, professeur agrégé à l’UC-San Diego et co-auteur de l’étude. «Je vois ce projet comme une validation de notre approche de la recherche sur les batteries ici au collège. Nous marions les travaux théoriques et expérimentaux les plus rigoureux avec la créativité et la réflexion hors des sentiers battus. Nous savons également interagir avec l’industrie et ses partenaires, tout en poursuivant les défis les plus fondamentaux.