Le marché des véhicules électriques a connu une croissance explosive, avec des ventes mondiales dépassant 1 billion de bucks (environ 1 283 billions de KRW) en 2022 et des ventes nationales dépassant 108 000 unités. Inévitablement, la demande augmente pour les batteries haute capacité qui peuvent étendre l’autonomie des véhicules électriques. Récemment, une équipe conjointe de chercheurs de POSTECH et de l’Université de Sogang a développé un liant polymère fonctionnel pour un matériau d’anode steady et de grande capacité qui pourrait augmenter la plage EV actuelle d’au moins 10 fois.
Une équipe de recherche dirigée par les professeurs POSTECH Soojin Park (Département de chimie) et Youn Soo Kim (Département de science et génie des matériaux) et le professeur Jaegeon Ryu (Département de génie chimique et biomoléculaire) de l’Université de Sogang a développé un liant polymère chargé pour une haute capacité matériau d’anode à la fois secure et fiable, offrant une capacité 10 fois supérieure ou supérieure à celle des anodes en graphite conventionnelles. Cette percée a été réalisée en remplaçant le graphite par une anode en Si combinée à des polymères chargés en couches tout en maintenant la stabilité et la fiabilité. Les résultats de la recherche ont été publiés sous forme d’article de couverture dans Highly developed Useful Elements.
Les matériaux d’anode à haute capacité tels que le silicium sont essentiels pour créer des batteries lithium-ion à haute densité d’énergie ils peuvent offrir au moins 10 fois la capacité du graphite ou d’autres matériaux d’anode actuellement disponibles. Le défi ici est que l’expansion volumique des matériaux d’anode à haute capacité pendant la réaction avec le lithium constitue une menace pour les performances et la stabilité de la batterie. Pour atténuer ce problème, les chercheurs ont étudié des liants polymères capables de contrôler efficacement l’expansion volumétrique.
Cependant, la recherche à ce jour s’est concentrée uniquement sur la réticulation chimique et la liaison hydrogène. La réticulation chimique implique une liaison covalente entre les molécules de liant, ce qui les rend solides mais présente un défaut deadly : une fois rompues, les liaisons ne peuvent pas être restaurées. D’autre part, la liaison hydrogène est une liaison secondaire réversible entre molécules basée sur les différences d’électronégativité, mais sa power (10-65 kJ/mol) est relativement faible.
Le nouveau polymère développé par l’équipe de recherche utilise non seulement la liaison hydrogène, mais tire également parti des forces de Coulomb (attraction entre les fees positives et négatives). Ces forces ont une drive de 250 kJ/mol, bien supérieure à celle de la liaison hydrogène, mais elles sont réversibles, ce qui facilite le contrôle de l’expansion volumétrique. La surface area des matériaux d’anode à haute capacité est principalement chargée négativement, et les polymères chargés en couches sont disposés en alternance avec des rates positives et négatives pour se lier efficacement à l’anode. De plus, l’équipe a introduit du polyéthylène glycol pour réguler les propriétés physiques et faciliter la diffusion du Li-ion, ce qui a donné une électrode épaisse à haute capacité et une densité d’énergie maximale que l’on trouve dans les batteries Li-ion.
Le professeur Soojin Park a expliqué : « La recherche a le potentiel d’augmenter considérablement la densité d’énergie des batteries lithium-ion grâce à l’incorporation de matériaux d’anode à haute capacité, prolongeant ainsi l’autonomie des véhicules électriques. Les matériaux d’anode à foundation de silicium pourraient potentiellement augmenter la conduite. gamme au moins dix fois.”
Cette étude a été menée avec le soutien du ministère des Sciences et des TIC, du Programme de développement des systems des nanomatériaux et du Laboratoire countrywide de recherche sur les technologies futures de Corée.