Grande avancée dans le domaine des piles à l'état solide en céramique

Grande avancée dans le domaine des piles à l'état solide en céramique

Depuis leur création, les batteries sont rapidement devenues l'épine dorsale de divers développements technologiques.

La technologie des batteries évolue constamment vers plus de légèreté, de rapidité et de sécurité pour l'unité de réserve d'énergie, ce qui est le sens de l'évolution des batteries plomb-acide aux batteries lithium-ion, et des batteries lithium-ion aux batteries à semi-conducteurs.

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    Développement de la technologie des batteries à l'état solide

    En 2022, l'entreprise taïwanaise Gogoro a dévoilé ce qui serait la première batterie lithium-céramique à semi-conducteurs détachable et remplaçable au monde pour les véhicules à deux roues, tels que les voitures de tourisme et les véhicules utilitaires légers. vélo électrique.

    En outre, une nouvelle étude réfute l'hypothèse de longue date selon laquelle l'ajout de certains électrolytes liquides pour améliorer les performances rendrait les piles à l'état solide dangereuses, et constate au contraire que les piles à l'état solide sont plus puissantes et plus sûres que la chimie traditionnelle du lithium-ion.

    Aston Martin et Britishvolt ont signé un accord pour développer une nouvelle technologie de cellule de batterie à haute performance.

    La première batterie lithium-céramique à semi-conducteurs détachable et remplaçable au monde

    Dans le même temps, les préoccupations de l'industrie concernant la chaîne d'approvisionnement des véhicules électriques ne cessent de croître.

    Bien que la technologie des batteries à l'état solide soit encore relativement peu éprouvée, de nombreux constructeurs automobiles traditionnels, dont Toyota et Volkswagen, ont investi massivement dans les dispositifs de batteries à l'état solide.

    Parallèlement, le fabricant de scooters électriques Gogoro a dévoilé un prototype de batterie lithium-céramique à l'état solide pour l'échange de batteries de deux-roues.

    Le prototype a été développé en collaboration avec ProLogium, une entreprise spécialisée dans les batteries à l'état solide, qui s'est récemment associée au constructeur allemand de voitures de luxe Mercedes-Benz pour développer une série de voitures particulières alimentées par ce type de batterie.

    La batterie à semi-conducteurs de Gogoro est présentée comme la première de ce type au monde, avec une capacité estimée à 2,5 kWh, ce qui est bien supérieur aux batteries de remplacement détachables actuelles qui utilisent la technologie lithium-ion et le liquide.

    La nouvelle du lancement de ce prototype est particulièrement importante pour le marché chinois de Taïwan, car le service d'échange de batteries de Gogoro alimentera 95% de deux-roues électriques.

    Développement de la technologie des batteries à l'état solide

    Le nouveau prototype de Gogoro peut être intégré au réseau existant de véhicules et de batteries échangeables du fabricant, qui comprend 10 000 stations d'échange de batteries réparties sur plus de 2 300 sites et desservant plus de 450 000 usagers.

    Selon le fabricant, le nombre de stations d'échange de batteries correspond presque au nombre de pompes à essence et devrait le dépasser dans un avenir proche.

    Une étude menée par les laboratoires nationaux Sandia (SNL) du ministère américain de l'énergie a démenti une hypothèse longtemps répandue selon laquelle l'ajout d'un électrolyte liquide à une batterie à l'état solide la rendrait dangereuse.

    Au lieu de cela, l'équipe a découvert que dans de nombreux cas, une petite quantité d'électrolyte liquide n'affecte pas la sécurité des batteries à l'état solide et peut, à son tour, résoudre l'un des principaux problèmes de cette chimie - la phase intermédiaire solide-électrolyte - ce qui signifie que l'ajout d'un peu d'électrolyte liquide peut améliorer considérablement les performances tout en étant négligeable, ce qui pourrait aider à combler le fossé vers la commercialisation dans les secteurs des véhicules électriques et du stockage de l'énergie.

    On affirme souvent que les batteries à semi-conducteurs sont plus sûres que les batteries lithium-ion, et l'étude de SNL a montré que c'était vrai en cas de défaillance d'une source de chaleur externe.

    Batteries à semi-conducteurs et batteries lithium-ion

    Cependant, lorsque les chercheurs ont exploré les limites supérieures du dégagement de chaleur et de l'augmentation de la température dans plusieurs scénarios de défaillance au niveau de la batterie et dans plusieurs configurations de batterie, ils ont également constaté que les batteries à semi-conducteurs à anode métallique au lithium n'étaient pas nécessairement plus sûres dans les scénarios de défaillance par court-circuit ou lorsque l'intégrité de l'électrolyte solide est compromise.

    De plus, dans les configurations impliquant des anodes lithium-métal, ils ont constaté que les batteries à semi-conducteurs subissaient des hausses de température plus importantes que les batteries lithium-ion, car les premières produisaient la même quantité de chaleur dans une masse et un volume moindres.

    Aujourd'hui, la technologie la plus mature dans le domaine des batteries est celle des batteries au plomb. Les batteries lithium-ion sont les plus utilisées et les batteries à l'état solide devraient présenter le plus grand potentiel de développement.

    Les piles à l'état solide constituent la prochaine génération de technologie des piles.

    Bien qu'elle en soit encore au stade de la recherche et du développement, elle présente les avantages incomparables des deux premières générations de technologie des piles, ou peut-être peut-on dire que les piles à l'état solide constituent la prochaine génération de technologie des piles.

    L'émergence des batteries lithium-ion pour les téléphones portables, les appareils photo, les caméras vidéo portatives et même les véhicules électriques, tels que le batteries pour vélos électriques et d'autres domaines à l'ère de l'énergie nouvelle portable, mais aussi à changer complètement nos vies.

    Mais le développement de la technologie ne s'arrêtera pas, les piles au lithium sont inflammables, faciles à court-circuiter et présentent d'autres risques pour la sécurité qui seront finalement éliminés par la nouvelle technologie.

    Avantages des piles à l'état solide

    Lors de l'Eurobike 2023, Stromer présentera sa batterie céramique à l'état solide pour les vélos électriques, la première batterie à l'état solide dans l'industrie du cyclisme, qui est censée réduire le temps de charge à moins de 20 minutes.

    L'objectif ultime de Stromer est d'utiliser cette technologie pour créer des packs de batteries avec un temps de charge de seulement 12 minutes, ce qui signifie qu'à chaque fois que vous sortez et que vous allez aux toilettes, le vélo sera à moitié plein d'énergie.

    Cela signifie qu'à chaque fois que vous irez aux toilettes, le vélo sera à moitié chargé, ce qui représente un saut technologique par rapport aux sept à huit heures nécessaires pour recharger une batterie aujourd'hui.

    Avantages des piles à l'état solide

    Bien entendu, l'audace de Stromer est également due aux avantages des batteries à l'état solide.

    Les batteries à l'état solide n'ont pas d'électrolyte liquide à l'intérieur, elles utilisent des électrodes à l'état solide et une composition d'électrolyte à l'état solide, avec une densité de puissance plus faible, une densité d'énergie plus élevée, une petite taille, une flexibilité, des avantages de performance de sécurité plus élevés.

    Les piles à l'état solide n'ayant pas d'électrolytes liquides, elles évitent les risques d'inflammabilité et d'explosion, de volatilité et de courts-circuits causés par les électrolytes, etc.

    Même si une aiguille traverse la membrane isolante de l'électrolyte, il n'y aura pas de combustion spontanée comme dans le cas des piles à l'état liquide.

    Ce passage des électrolytes liquides aux électrolytes solides est important car il élimine certains des principaux problèmes rencontrés dans les piles au lithium les plus couramment utilisées, tels que l'inflammabilité élevée, le risque d'emballement thermique et les fuites toxiques.

    Il s'agit d'une amélioration globale des performances.

    Les batteries à l'état solide sont considérées comme l'avenir de la technologie des batteries, avec une plus grande sécurité, une taille plus petite et des vitesses de charge plus rapides, à tel point que les principaux fabricants ont investi beaucoup d'argent dans la recherche et le développement des technologies liées aux batteries à l'état solide.

    La batterie céramique à semi-conducteurs de Stromer pour les vélos électriques

    Par exemple, des constructeurs automobiles tels que Toyota et BMW et des fabricants de batteries tels que Panasonic et Samsung ont travaillé sur la recherche de la technologie à semi-conducteurs pour les véhicules électriques, et certaines entreprises de véhicules électriques l'ont formellement appliquée à leurs voitures, mais en raison de son coût élevé, elle n'a pas encore été largement popularisée.

    L'introduction des batteries à semi-conducteurs dans la production de Stromer a également pris quelques années.

    La technologie a été développée avec succès, mais il est encore nécessaire de réduire le coût pour les consommateurs quotidiens dans une fourchette abordable.

    Actuellement, les batteries à l'état solide coûtent environ huit fois plus cher à produire que les batteries lithium-ion actuelles. Il ne faut donc pas s'attendre à voir les batteries à l'état solide utilisées avant que les prix des batteries ne baissent encore davantage, ce qui, selon Stromer, devrait se produire dans les deux ou trois prochaines années.

    Les batteries à semi-conducteurs de Stromer présentent l'avantage supplémentaire d'être stables à des températures extrêmes. Stromer affirme qu'elles peuvent être rechargées à seulement -20 degrés Celsius, un chiffre qui pourrait atteindre -30 degrés Celsius à l'avenir.

    Les batteries à semi-conducteurs de Stromer'- stables à des températures extrêmes

    Des avantages tels qu'une meilleure sécurité, une taille réduite, un coût moindre et une densité énergétique améliorée ont fait des batteries à l'état solide la cible d'une recherche et d'un développement intenses de la part des fabricants de batteries et des constructeurs automobiles du monde entier, et ont également fait des batteries à l'état solide la nouvelle girouette du marché.

    Imaginez que votre vélo électrique soit équipé de ce type de batteries, Sécurité des batteries de vélos électriques seront mieux protégés ?

    Bien que les piles à l'état solide présentent de nombreux avantages, les perspectives du marché sont très bonnes, mais en raison de divers problèmes tels que la technologie et les processus des piles à l'état solide, il reste encore du chemin à parcourir avant la commercialisation à grande échelle.

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    Chocolatezhu
    Bonjour, je suis un rédacteur expérimenté en mécanique et un expert en technologie du vélo et du vélo électrique qui apprécie les objets pratiques et bien conçus. Et bien sûr, j'aime le cyclisme.
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