Navigation

Batteries lithium-ion nanostructurées

 

Les batteries constituent une technologie essentielle dans l’optique de la transition d’une mobilité basée sur les combustibles à une mobilité électrique. Le projet explore une nouvelle approche de la construction de batteries lithium-ion qui vise à alléger nettement leur poids tout en augmentant leur capacité de stockage. L'objectif est de développer une stratégie visant à optimiser les composants chimiques actuels des batteries et à augmenter au maximum leur capacité de stockage en tenant compte des limites inhérentes à leur poids et leur volume.

Description du projet (Projet de recherche en cours)

La technologie actuellement utilisée pour produire les batteries constitue le principal défi à relever dans l’optique d’une transition des moteurs à combustion vers une mobilité électrique. En effet, les batteries lithium-ion présentent des densités d’énergie et de puissance trop faibles et des coûts trop élevés. Il faudra dès lors réaliser des avancées majeures dans la conception des batteries. Les batteries lithium-ion secondaires sont vraisemblablement les plus à même de remplir les exigences de la mobilité électrique à grande échelle. Si des avancées considérables ont été réalisées dans la composition chimique des batteries, l’assemblage de ces dernières n’a que très peu évolué depuis un siècle.

Objectif

Le projet s’efforce de concevoir des structures d’électrode de batteries optimisant simultanément le stockage du lithium et le transport du lithium et du courant électrique vers les parties de l’électrode qui stockent les ions lithium. Ces "autoroutes" à électrolytes et à courant électrique exigent une architecture ramifiée. Le projet s’attachera par conséquent à développer des matériaux structurés présentant une hiérarchie d’échelles. L’amélioration de la densité de puissance des batteries et des supercondensateurs existants nécessite d’adopter des approches résolument novatrices. Partant, l’une des stratégies vise à optimiser la structure des électrodes de batteries de manière qu’elles soient bicontinues sur une longueur suffisante (100 μm-1 mm) et structurées hiérarchiquement jusqu’à une échelle de 10 nm. Cette étude se propose de définir la structure optimale des batteries et de développer des stratégies privilégiant une approche évolutive dans le but de produire une nouvelle génération de batteries. L’étude qui s’appuiera sur les recherches en cours se concentrera en particulier sur l’évolutivité des électrodes nanostructurées pour batteries et supercondensateurs. Elle s’articulera autour des trois axes suivants:

  1. développement de produits chimiques basés sur le procédé sol-gel pour des matériaux anodiques et cathodiques;
  2. impression en 3D d’électrodes de batteries;
  3. assemblage d’éléments préfabriqués.

Importance

La mobilité électrique et la production durable d’électricité constituent la stratégie la plus prometteuse pour réduire significativement l’empreinte écologique des transports. Les batteries lithium-ion sont pour l’heure trop grandes, trop lourdes et trop onéreuses pour stocker une puissance électrique suffisante capable de garantir le degré de mobilité auquel nous sommes habitués. Ce projet s'attache à développer une stratégie visant à optimiser les composants chimiques actuels des batteries et à augmenter au maximum leur capacité de stockage en tenant compte des limites inhérentes à leur poids et leur volume.

Titre original

Hierarchically structured materials for super-capacitors and batteries

Responsable du projet

  • Prof. Ullrich Steiner, Adolphe Merkle Institute, Université de Fribourg

 

 

Plus d’informations sur ce contenu

 Contact

Prof. Ullrich Steiner Adolphe Merkle Institute
Université de Fribourg
Chemin des Verdiers 4 1700 Fribourg +41 26 300 95 03 ullrich.steiner@unifr.ch

De ce projet