Vers un monde équitable et durable

Dirigée par le professeur Yair Ein-Eli de la faculté des sciences et du génie des matériaux, l'équipe a prouvé, grâce aux travaux expérimentaux systématiques de l'étudiant diplômé Alon Epstein et aux études théoriques du Dr Igor Baskin, que le Si est dissous pendant le processus de décharge de la batterie et que, lors de la charge, le Si élémentaire est déposé. Plusieurs cycles de décharge et de charge ont été réalisés, en utilisant des plaquettes d’anodes de Si de type n fortement dopées et des électrolytes liquides ioniques hybrides spécialement conçus, adaptés aux halogénures (brome et iode), fonctionnant comme cathodes de conversion.  

Cette percée pourrait ouvrir la voie à un enrichissement des technologies des batteries disponibles sur le "supermarché" du stockage de l'énergie, facilitant ainsi le marché et la demande toujours croissants de batteries rechargeables.

Développements menant à cette percée

La demande accrue de sources d'énergie durables a incité la communauté scientifique à se concentrer sur la recherche de batteries capables de stocker l'énergie de réseau à grande échelle de manière gérable et fiable. En outre, la demande croissante de l'industrie des véhicules électriques, qui repose principalement sur la technologie actuelle des batteries Li-ion (LIB), devrait mettre à rude épreuve la production actuelle de Li et la détourner d'une utilisation plus répandue dans l'électronique au grand public. Actuellement, aucune technologie ne s'est avérée suffisamment compétitive pour remplacer les batteries LIB. Les métaux et les éléments capables de délivrer plusieurs électrons au cours de leur processus d'oxydation sont depuis longtemps au centre des préoccupations de la communauté des chercheurs en raison des densités d'énergie spécifiques élevées qui leur sont associées.

Le magnésium, le calcium, l'aluminium et le zinc ont fait l'objet d'une grande attention en tant que matériaux d'anode potentiels, avec des niveaux de progrès variés ; pourtant, aucun n'a réussi à révolutionner l'industrie du stockage de l'énergie au-delà des piles à combustible liquide, car tous ces systèmes souffrent de performances cinétiques médiocres et d'un manque de stabilité des cellules. Le silicium (Si), deuxième élément le plus abondant de la croûte terrestre (après l'oxygène), est resté relativement inexploré malgré une densité énergétique élevée de 8,4 kWh kg-1, comparable à celle du lithium métallique (11,2 kWh kg-1).

Au cours de la dernière décennie, plusieurs publications (lancées à l'origine en 2009 par le professeur Ein-Eli) ont fait état de l'incorporation d'anodes actives en Si dans des conceptions de piles à air primaires non rechargeables. Ainsi, malgré sa grande abondance et sa facilité de production, la possibilité d'utiliser le Si comme anode active multivalente rechargeable n'avait jamais été explorée, jusqu'à la récente percée de l'équipe.

L'équipe du Technion est composée de chercheurs des facultés de science et d'ingénierie des matériaux (A. Epstein, I. Baskin et Y. Ein-Eli) et d’ingénierie mécanique et chimique (M. Suss)

Pour en savoir plus sur l'article d'Advanced Energy Materials