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Le soufre et le silicium comme éléments constitutifs de la batterie solide
Fraunhofer IWS
Une nouvelle génération de batteries lithium-soufre est au cœur du projet de recherche « MaSSiF – Innovations matérielles pour les batteries au soufre-silicium à l’état solide ». L’équipe du projet se consacre à la conception, à la construction et à l’évaluation de cellules prototypes légères et peu coûteuses à base de soufre, dotées de capacités de stockage élevées. L’utilisation de silicium comme matériau d’anode doit en outre améliorer de manière décisive la longévité des cellules de batterie. Le ministère fédéral de l’Éducation et de la Recherche (BMBF), sous la direction de l’Institut Fraunhofer pour la technique des matériaux et du rayonnement IWS de Dresde, subventionne six partenaires scientifiques et économiques avec une somme totale de près de 2,9 millions d’euros. Le coup d’envoi du projet a été donné en février 2023.
Les batteries à l'état solide à base de sulfure sont considérées comme le successeur possible des batteries lithium-ion actuelles et promettent, grâce à leur densité énergétique élevée et à leur stabilité, une plus grande autonomie, ainsi qu'une plus grande sécurité pour l'utilisation dans les véhicules électriques. La combinaison avec le soufre comme matériau actif cathodique est particulièrement prometteuse. Sans les éléments critiques que sont le cobalt et le nickel, utilisés dans la technologie lithium-ion, le soufre atteint des densités énergétiques très élevées dans les batteries à l'état solide. L'anode pose toutefois de grands défis, tant au niveau du traitement que du fonctionnement de la batterie. L'objectif des travaux de recherche actuels est d'utiliser le lithium métallique comme électrode négative dans les batteries à l'état solide. La grande réactivité du lithium limite toutefois la stabilité et la sécurité de tels systèmes de piles. Dans le cadre du projet "MaSSiF" du BMBF, les partenaires du projet misent donc sur un matériau d'anode qui s'est également avéré être une alternative prometteuse dans les travaux de recherche actuels pour l'utilisation dans des batteries solides : le silicium. L'association de soufre (ou de sulfure de lithium), d'un électrolyte solide et de silicium doit donner naissance à un concept de cellule innovant qui allie faible coût des matériaux et densité énergétique élevée.
Obtenir des avantages d'efficacité par association
Le projet "MaSSiF" implique des instituts de recherche et des fabricants industriels de tous les composants clés nécessaires à l'étude des relations fondamentales entre structure et propriétés ainsi qu'au traitement et à la conception des composants et des cellules. De cette manière, des cellules de batterie de 350 wattheures par kilogramme et d'une durée de vie de plus de 300 cycles devraient voir le jour. Outre l'énergie spécifique élevée, des avantages significatifs en termes de coûts par rapport aux batteries Li-ion actuelles devraient être obtenus grâce à des matières premières durables et bon marché et à une chaîne d'approvisionnement courte et locale.
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
D-01277 Dresden
Tel. +49 351 83391-3476
