Panasonic et Sila Nanotechnologies vont fabriquer des batteries lithium-ion en silicium pour véhicules électriques en remplaçant le graphite par du silicium. Les deux entreprises ont récemment signé un accord pour développer des batteries lithium-ion destinées aux futurs véhicules électriques. Dans leurs nouvelles batteries, elles remplaceront le graphite par du silicium, ce qui améliorera leurs performances et leur durée de vie. Ces nouvelles batteries offrent un potentiel de performances accrues et une durée de vie prolongée.
Panasonic vient d'annoncer une collaboration prometteuse avec Sila Nanotechnologies , fabricant d'anodes en silicium, pour intégrer cette technologie à sa ligne de production de batteries d'ici 2024. Grâce à cette nouvelle technologie, les véhicules électriques bénéficieront d'une autonomie accrue et d'un temps de charge réduit . Cette technologie remplace le graphite, habituellement présent sur les anodes négatives des batteries lithium-ion des véhicules électriques, par du silicium.
D'après un rapport de l'AIE , 14 millions de véhicules électriques ont été vendus en 2023, un chiffre impressionnant qui devrait exploser dans les années à venir. Ces véhicules fonctionnent actuellement avec des batteries lithium-ion de pointe , dont les performances ne cessent de s'améliorer. Cependant, malgré ces progrès, certains défis persistent, limitant leur utilité et leur praticité globales.
Azin Fahimi , directeur scientifique de Sienza Energy aux États-Unis, a déclaré : « La capacité d'une batterie à stocker de l'énergie par rapport à sa taille et à son poids, appelée densité énergétique, est un facteur clé pour les véhicules électriques, car elle influe sur la distance qu'ils peuvent parcourir avec une seule charge. »
L'équipe d'Azin Fahimi travaille sur différentes recherches concernant la mise en œuvre d'anodes en silicium, et elle a ajouté : « Un autre aspect crucial est la densité de puissance, qui fait référence à la rapidité avec laquelle une batterie peut fournir de l'énergie. »
Pourquoi la portée et le temps de charge sont-ils affectés par la nouvelle anode en silicium ?
Les batteries fonctionnent grâce au mouvement de particules chargées, appelées ions, entre deux conducteurs électriques appelés électrodes. Lors de la charge, les ions lithium passent de la cathode (électrode positive) à l'électrolyte. Ils pénètrent ensuite dans l'anode (électrode négative), où ils restent jusqu'à leur utilisation pour fournir de l'énergie.
« Lorsque la batterie alimente un appareil, les ions lithium retournent de l’anode à la cathode. Ce mouvement d’ions permet aux électrons de circuler dans le circuit externe, générant ainsi un courant électrique qui alimente l’appareil », a ajouté Fahimi.
Les performances d'une batterie dépendent fortement du matériau de l'anode . Celle-ci est également responsable du stockage des ions jusqu'à ce qu'ils soient nécessaires pour alimenter la voiture.
Selon Fahimi, « un bon matériau d'anode doit posséder une capacité de stockage du lithium élevée pour garantir une densité énergétique importante, une bonne conductivité électrique pour faciliter un flux d'électrons efficace et un transport ionique rapide pour une charge rapide. L'anode doit également présenter une structure stable dont le volume ne varie pas lors des échanges d'ions, car cela pourrait endommager sa surface. »
Panasonic et Sila Nanotechnologies s'associent pour fabriquer des batteries au silicium pour véhicules électriques. Traditionnellement, les anodes en graphite sont largement utilisées dans les batteries lithium-ion en raison de leur structure lamellaire. Cette structure permet en effet la circulation des ions sans variation de volume significative.
« Grâce à sa composition chimique, le silicium peut contenir plus de dix fois plus d'énergie par gramme. Cette capacité accrue lui permet de stocker davantage d'ions lithium, ce qui se traduit par une densité énergétique plus élevée pour la batterie. Une densité énergétique plus élevée se traduit par une plus grande autonomie des véhicules électriques sur une seule charge. Malheureusement, le silicium gonfle jusqu'à trois ou quatre fois sa taille initiale lorsqu'il est rempli d'ions lithium, ce qui entraîne des contraintes mécaniques et, à terme, une dégradation du matériau de l'anode », explique Fahimi.
Par conséquent, la conception à l'échelle nanométrique de l'anode en silicium est essentielle pour relever ce défi. Dans leurs recherches ultérieures, l'équipe de Fahimi à Sienza et celles de Sila se consacrent à résoudre ce problème.
