Conception de batteries entièrement solides au lithium métallique sûres et à haute énergie pouvant atteindre 500 Wh/kg
Aperçu du projet
Ce projet vise à dépasser les limites de la technologie actuelle des véhicules électriques (VE) en se concentrant sur l’augmentation de la densité énergétique, de la sécurité et de la rentabilité des batteries lithium-ion grâce à une nouvelle batterie lithium-ion-polymère à électrolyte solide.
Le projet, qui aborde des problématiques clés comme l’angoisse de la panne, les coûts élevés des matériaux et les risques pour la sécurité, propose des solutions novatrices, notamment des électrolytes en polymère solides à conductivité ionique élevée, des anodes sûres et durables à base de lithium métallique et des cathodes lithium-ion à faible coût et à haute énergie. Grâce à des méthodes de caractérisation avancées telles que le rayonnement synchrotron, l’équipe cherche à améliorer la compréhension des mécanismes des batteries solides, favorisant ainsi la conception des futurs matériaux pour les batteries.
Axée principalement sur le développement de cellules prototypes pour les batteries solides, cette initiative tire parti de l’expertise de chercheuses et chercheurs de premier plan et favorise les collaborations avec des partenaires industriels et universitaires afin de stimuler les économies locales et de réduire l’impact sur l’environnement, tout en contribuant à la formation d’un personnel de grande qualité.
Renseignements clés
| Chercheuse principale | Xia Li, professeure adjointe, Département de génie chimique et des matériaux, Université Concordia |
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Cochercheurs principaux |
Karim Zaghib, professeur, Département de génie chimique et des matériaux, directeur général de Volt-Age, Université Concordia; Sixu Deng, professeur adjoint, Département de génie chimique et des matériaux, Université Concordia | |
Collaborateurs de recherche |
Michel Armand, directeur de recherche, Centre national de la recherche scientifique; Sarah Sajedi, AI Mogul; Francisco Carranza, Basquevolt; Tobias Glossmann, directeur général, Mercedes-Benz; Nancy Déziel, directrice générale, CNETE Shawinigan; Victoire de Margerie, Rondol Industries | |
| Partenaires non universitaires | AI Mogul, Mercedes-Benz, Basquevolt, CNETE Shawinigan, Rondol Industries | |
| Mots-clés de la recherche | Batteries solides, électrolytes en polymère solides, anodes à base de lithium métallique, cathodes à haute énergie, bloc de cellules poches, dendrites, ressources locales, réduction des émissions de carbone, indépendance par rapport aux minerais critiques, véhicules électriques | |
| Budget | En espèces : 200 000 $ En nature : 700 000 $ |
But de la recherche
Conception de batteries à haute énergie abordables
L’objectif global est de concevoir des batteries solides qui atteignent une densité énergétique élevée (500 Wh/kg) à une température modérée (23 °C) tout en visant un coût abordable (< 100 $/kWh) pour le bloc.
Conception d’électrolytes en polymère solides
Le projet vise à concevoir des électrolytes en polymère solides présentant une conductivité ionique élevée (> 10 mS/cm^-1) pour un fonctionnement à température ambiante (23 °C), une stabilité électrochimique élevée pour l’utilisation d’anodes à base de lithium métallique (> 500 cycles de placage/décapage du lithium) et une stabilité électrochimique élevée pour les cathodes lithium-ion à haute énergie (> 4,0 V de charge/décharge).
Développement de matières d’anode fiables
Il s’agit ici de concevoir des matières d’anode fiables, notamment un alliage Li-X stable pour un fonctionnement prolongé de la batterie (> 500 cycles), un alliage ternaire Li-X-Y à couche mince (< 2 μm) pour une anode sans dendrite à base de lithium, et des collecteurs de courant sans anodes avec une durée de vie fiable de la batterie (> 150 cycles).
Étude de matériaux de cathodes lithium-ion
Cet objectif vise la conception de cathodes polyanioniques haute tension (> 4,0 V) à faible coût et présentant une excellente capacité de charge rapide, la création de cathodes NMC à basse teneur en cobalt et sans cobalt ayant une densité énergétique élevée (300 Wh/kg, 1 000 cycles), et l’examen de cathodes à haute énergie et à faible coût à base de soufre pour un fonctionnement de longue durée (400 Wh/kg, > 500 cycles).
Conception d’un protocole pour les batteries
Le but est d’élaborer un protocole pratique pour les batteries solides à base de polymère, qui passe des petites cellules individuelles à l’échelle laboratoire à des cellules poches pratiques et, enfin, à des cellules prismatiques à grande échelle, permettant un fonctionnement à température ambiante et à pression libre.
Caractérisation avancée des matériaux
Dans cette phase du projet, on cherche à comprendre la morphologie, la microstructure, la structure cristalline, le désordre local et l’information chimique/électrochimique des matériaux de batterie développés grâce à des techniques ex situ et in situ, comme les microscopies (MEB, MET, STEM) et les spectroscopies (XAS, XPS, Raman, FTIR).
Partenaires non universitaires
Merci à nos partenaires non universitaires pour leur soutien et leur confiance.
