Batterie au Silicium : fonctionnement et atouts
Panasonic, l'un des principaux fabricants mondiaux de batteries pour véhicules électriques, a annoncé l'adoption d'une nouvelle technologie de batterie au silicium, développée par la société californienne Sila. Cette innovation offre des améliorations significatives en termes d'autonomie, de temps de charge et de densité énergétique.
Anode au silicium ?
La technologie de Sila repose sur l'utilisation d'un alliage de silicium et de graphite pour l'anode des batteries lithium-ion, remplaçant ainsi le graphite seul traditionnellement utilisé. Contrairement au silicium pur, qui est très sensible lors de la recharge en conduisant à des gonflements de la cellule, cette combinaison avec le graphite permet de limiter ces dilatations et gonflements, préservant ainsi la durée de vie de la batterie tout en réduisant les risques d'explosion et d'incendie. En effet, le graphite va servir d'armature pour contenir les mouvements (dilatation et gonflement) induits par le Silicium.
« Il nous a fallu 12 ans et 80 000 itérations pour en arriver là », a déclaré Gene Berdichevsky, cofondateur et PDG de Sila qui a été dans le passé l'un des tout premiers salariés de Tesla (à l'époque de la Roadster 1). « C'est une science sophistiquée. »
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Caractéristiques et avantages
Selon Panasonic, l'intégration de cette technologie au silicium permet d'obtenir une densité énergétique supplémentaire de 10 à 40%, tout en réduisant le poids total de la batterie d'environ 15%. Sachez que si il y avait possibilité d'avoir une anode 100% en silicium on pourrait augmenter la densité de 1000% ! Ces améliorations significatives ouvrent la voie à des performances accrues des véhicules électriques, avec des trajets non-stop pouvant atteindre jusqu'à 750km (chiffre sans grande valeur ni pertinence car ça dépend de la taille de la batterie) et des temps de recharge aussi courts que 10 minutes (là en revanche c'est intéressant).
La technologie développée par Sila repose sur un processus breveté d'échafaudage au carbone (=graphite) à l'échelle nanométrique (comme tout le temps quand on parle de chimie ...), permettant de contrôler l'expansion du silicium lors des charges répétées. Ce processus innovant utilise un « échafaudage » de carbone (=graphite) pour maintenir le silicium en place, évitant ainsi les fissures qui pourraient réduire la durée de vie de la batterie. Cette approche novatrice garantit une stabilité et une fiabilité accrues des batteries au silicium.
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Caractéristiques du Silicium
- Structure cristalline : Le silicium est un semi-conducteur qui cristallise dans une structure de type diamant, où chaque atome de silicium est lié à quatre autres atomes de silicium voisins. Cette structure lui confère des propriétés semi-conductrices importantes pour diverses applications électroniques.
- Point de fusion : Le silicium a un point de fusion élevé d'environ 1414 degrés Celsius, ce qui signifie qu'il conserve sa forme solide à des températures relativement élevées.
- Conductivité électrique : À température ambiante, le silicium pur est un semi-conducteur intrinsèque avec une conductivité électrique relativement faible. Cependant, sa conductivité peut être considérablement améliorée en dopant le matériau avec des impuretés spécifiques pour créer des semi-conducteurs de type N ou P, qui sont largement utilisés dans les composants électroniques.
- Abondance : Le silicium est l'élément principal de la croûte terrestre, avec une abondance relative très élevée. Cela en fait un matériau largement disponible et économique pour de nombreuses applications industrielles.
Enfin, l'avantage majeur de cette technologie réside dans le fait qu'elle ne nécessite aucune adaptation particulière des chaînes de montage existantes. En effet, le remplacement de l'anode en graphite par l'alliage de silicium et de graphite peut se faire sans modifier les processus de fabrication déjà en place. Cette compatibilité avec les infrastructures existantes réduit considérablement les coûts supplémentaires liés à la production, ce qui facilite une commercialisation rapide. Ainsi, cette innovation prometteuse pourrait être mise sur le marché dès 2024
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