La prochaine génération de batteries pour véhicules électriques, offrant une plus grande autonomie et une sécurité améliorée, pourrait émerger sous la forme de batteries au lithium métal, à l'état solide. sans souci.
Mais des questions clés sur cette alimentation électrique prometteuse doivent être résolues avant qu'elle ne puisse passer du laboratoire aux installations de fabrication, selon des chercheurs de l'Université du Michigan. Et avec les efforts pour amener les véhicules électriques à une plus grande partie de la population, disent-ils, ces questions doivent répondre rapidement.
Jeff Sakamoto et Neil Dasgupta, professeurs agrégés de génie mécanique à l'UM, ont été des chercheurs de premier plan sur les batteries au lithium métal, à semi-conducteurs au cours de la dernière décennie. Dans un article de perspective dans le journal Joule, Sakamoto et Dasgupta présentent les principales questions auxquelles la technologie est confrontée. Pour développer les questions, ils ont travaillé en étroite collaboration avec des leaders de l'industrie automobile.
Les principaux constructeurs automobiles misent sur les véhicules électriques cette année, et de nombreux ont annoncé leur intention d'éliminer progressivement les voitures à moteur à combustion interne dans les années à venir. Les batteries lithium-ion ont activé les premiers véhicules électriques et elles restent l'alimentation la plus courante pour les derniers modèles sortant des chaînes de montage.
Ces batteries lithium-ion approchent de leurs performances maximales en termes de gamme EV sur une seule charge. Et ils s'accompagnent de la nécessité d'un système de gestion de batterie lourd et encombrant, sans lequel il existe un risque d'incendie à bord. En utilisant du lithium métal pour l'anode de la batterie avec une céramique pour l'électrolyte, les chercheurs ont démontré le potentiel de doubler la plage EV pour une batterie de même taille tout en réduisant considérablement le risque d'incendies.
« Des progrès considérables dans l'avancement des batteries au lithium métal à semi-conducteurs ont été réalisés au cours de la dernière décennie », a déclaré Sakamoto. "Cependant, plusieurs défis restent sur la voie de la commercialisation de la technologie, en particulier pour les véhicules électriques."
Les questions auxquelles il faut répondre pour capitaliser sur ce potentiel comprennent :
- Comment produire des céramiques, fragiles, dans les feuilles massives et fines comme du papier que nécessitent les batteries au lithium métal ? L'utilisation de la céramique par les batteries au lithium métal, qui nécessitent de l'énergie pour les chauffer à plus de 2,000 XNUMX degrés Fahrenheit pendant la fabrication, compense-t-elle leurs avantages environnementaux dans les véhicules électriques ?
- Les céramiques et le procédé de fabrication peuvent-ils être adaptés pour tenir compte des défauts, tels que la fissuration, d'une manière qui n'oblige pas les fabricants de batteries et les constructeurs automobiles à réorganiser radicalement leurs opérations?
- Une batterie à semi-conducteurs au lithium métal ne nécessiterait pas le système de gestion de batterie lourd et encombrant dont les batteries lithium-ion ont besoin pour maintenir la durabilité et réduire le risque d'incendie. Comment la réduction de la masse et du volume du système de gestion de la batterie, ou sa suppression totale, affectera-t-elle les performances et la durabilité d'une batterie à semi-conducteurs ?
- Le lithium métal doit être en contact constant avec l'électrolyte céramique, ce qui signifie qu'un matériel supplémentaire est nécessaire pour appliquer une pression afin de maintenir le contact. Que signifiera le matériel supplémentaire pour les performances de la batterie?
Sakamoto, qui a sa propre start-up axée sur lithium batteries à l'état solide en métal, dit que la technologie a un moment en ce moment. Mais l'enthousiasme qui anime le moment, dit-il, ne doit pas prendre le dessus.
L'article s'intitule « Transition des batteries à semi-conducteurs du laboratoire au marché : lier la mécanique électrochimique aux considérations pratiques ».