Batteries lithium-métal: QuantumScape change la donne !
Les annonces autour des nouvelles technologies de batteries sont fréquentes et souvent sans lendemain. Difficile de trouver une alternative aux produits Lithium-ion qui domine le marché depuis des décennies.
La batterie de QuantumScape n’utilise pas d’anode en graphite, ce qui permet de gagner de la place et d’augmenter jusqu’à 80% la densité d’énergie stockée par rapport aux batteries lithium-ion actuelles. Dans cette batterie lithium métal, les ions lithium s’agrègent entre eux sous forme métallique et fabriquent ainsi leur propre anode. L’élément séparateur avec la cathode est déterminant pour éviter les courts-circuits. L’électrolyte solide extrêmement fin développé est à base de céramique.
Les tentatives précédentes pour créer un séparateur à l’état solide capable de travailler avec du lithium métal à des taux de puissance élevés nécessitaient généralement de compromettre d’autres aspects de la cellule tels que la durée de vie, la température de fonctionnement, la sécurité, le chargement de la cathode ou l’excès de lithium dans l’anode.
Les résultats récemment publiés par QuantumScape, basés sur des tests de cellules de batterie à couche unique, montrent que ses séparateurs sont capables de fonctionner à des taux de puissance très élevés, permettant une charge de 15 minutes à 80% de la capacité, donc plus rapide que la batterie conventionnelle, avec une densité de courant plus forte et donc une autonomie du véhicule augmentée. Autre avantage, la batterie fonctionne dans une plage de température de -30 à +45°C adaptée à l’automobile.
Les cellules testées étaient des cellules monocouche de grande surface dans le facteur de forme commercial cible avec zéro excès de lithium sur l’anode et des cathodes épaisses (> 3 mAh / cm2), fonctionnant à des taux de charge et de décharge d’une heure et décharge à 30 ° C. Les tests ont démontré des performances robustes de ces cellules monocouche, montrant par ailleurs une capacité de charge supérieure à 80% après 800 cycles.
«La partie la plus difficile dans la fabrication d’une batterie à semi-conducteurs en état de marche est la nécessité de répondre simultanément aux exigences de haute densité d’énergie (1000 Wh / L), de charge rapide (c’est-à-dire, haute densité de courant), de longue durée de vie (supérieure à 800 cycles), et un fonctionnement à large plage de températures. Ces données montrent que les cellules de QuantumScape répondent à toutes ces exigences, ce qui n’avait jamais été réalisé auparavant. Pour le Dr Stan Whittingham, co-inventeur de la batterie lithium-ion et lauréat du prix Nobel de chimie 2019: «Si QuantumScape peut mettre cette technologie en production de masse, elle a le potentiel de transformer l’industrie »
«Ces résultats renversent ce que l’on pensait auparavant possible dans une batterie lithium-métal», commente Venkat Viswanathan, expert en batteries et professeur de science des matériaux à l’Université Carnegie-Mellon. «Soutenir une densité de courant suffisamment élevée pour permettre une charge rapide sans former de dendrites a longtemps été un Saint Graal de l’industrie. Ces données montrent la capacité de charger à 80% de sa capacité en 15 minutes, ce qui correspond à un taux étonnamment élevé de dépôt de lithium allant jusqu’à un micron par minute. »
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