Dans le domaine de l’écologie et du développement durable, le recyclage des déchets et l’amélioration de l’efficacité énergétique sont des questions cruciales. Des chercheurs de l’Institut de bioénergie et de technologie des procédés de Qingdao (QIBEBT) de l’Académie chinoise des sciences ont réalisé une percée significative dans ce domaine. Ils ont mis au point des anodes de silicium de petite taille et peu coûteuses à partir de déchets photovoltaïques en utilisant une conception innovante de l’électrolyte.
Anodes en silicium : améliorer la densité énergétique
Les anodes en silicium sont très appréciées pour leur capacité à augmenter considérablement la densité énergétique des batteries lithium-ion par rapport aux anodes traditionnelles en graphite. Toutefois, leur utilisation a été limitée en raison de l’expansion du volume qui se produit pendant les cycles de charge-décharge, ce qui peut entraîner des fractures mécaniques et dégrader les performances de la batterie.
Innovation dans le recyclage des déchets photovoltaïques
L’équipe de recherche, dirigée par le professeur CUI Guanglei, a relevé ces défis en utilisant des particules de silicium de taille micro (μm-Si) dérivées des déchets photovoltaïques. Ces particules, lorsqu’elles sont intégrées à un électrolyte à base d’éther spécialement conçu, présentent une stabilité électrochimique remarquable, maintenant une efficacité coulombienne moyenne de 99,94 % et conservant 83,13 % de leur capacité initiale après 200 cycles.
Conception de l’électrolyte et chimie SEI
Le succès de ces anodes réside dans la chimie unique de leur interface solide-électrolyte (SEI), résultant de la composition innovante de l’électrolyte de l’équipement, composé de 3 M LiPF6 dissous dans un rapport volumique 1:3 de 1,3-dioxane et de 1,2-diéthoxyéthane. Cette formulation favorise le développement d’un SEI à double couche, à la fois souple et robuste, qui maintient les particules de silicium fracturées ensemble, améliore la conduction ionique et minimise les réactions secondaires.
Performance et applications
Les cellules NCM811|μm-Si en sachet avec la nouvelle combinaison anode-électrolyte ont survécu à 80 cycles et ont fourni une densité énergétique impressionnante de 340,7 Wh/kg dans des conditions extrêmes. Cette performance représente une amélioration significative par rapport aux batteries lithium-ion conventionnelles, qui sont proches de leurs limites de densité énergétique.
Les avantages
Le Dr DONG Tiantian, autre coauteur de l’étude, a souligné les avantages environnementaux de cette technologie : « l’approvisionnement durable en silicium à partir de panneaux solaires mis au rebut atténue les incidences économiques et environnementales des déchets photovoltaïques. La transformation des déchets en composants précieux pour les batteries réduit considérablement le coût des batteries lithium-ion et accroît leur accessibilité ».
Perspectives d’avenir
Le professeur CUI, optimiste quant à l’impact de cette recherche, déclare : « En utilisant des matériaux recyclés et des techniques d’ingénierie chimique avancées, nous avons démontré que des batteries lithium-ion durables et à haute performance sont non seulement possibles, mais aussi réalisables. » Cette approche innovante illustre la manière dont le recyclage et la science méticuleuse des matériaux peuvent converger pour résoudre certains des défis les plus urgents en matière de technologie énergétique aujourd’hui.
La recherche du QIBEBT suggère non seulement une source d’approvisionnement plus durable pour les particules de silicium, mais aborde également les défis clés des matériaux d’anode en silicium de taille microscopique. Cette percée promet non seulement de transformer les systèmes de stockage d’énergie pour les véhicules électriques et les applications d’énergie renouvelable, mais montre également comment la combinaison d’un recyclage innovant et de la science des matériaux peut fournir des solutions durables et performantes dans la technologie énergétique moderne.
Source www.eurekalert.org
