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 $ |
Publications:
A. Nekahi, A. K. Madikere Raghunatha Reddy, X. Li, S. Deng, and K. Zaghib, “Rechargeable Batteries for the Electrification of Society: Past, Present, and Future,” Electrochem. Energy Rev., vol. 8, no. 1, p. 1, Dec. 2025, doi: 10.1007/s41918-024-00235-8.
A. Nekahi, A. K. Madikere Raghunatha Reddy, X. Li, S. Deng, and K. Zaghib, “Rechargeable Batteries for the Electrification of Society: Past, Present, and Future,” Electrochem. Energy Rev., vol. 8, no. 1, p. 1, Dec. 2025, doi: 10.1007/s41918-024-00235-8.
Q. Yu et al., “An active bifunctional natural dye for stable all-solid-state organic batteries,” Nat Commun, vol. 16, no. 1, p. 8364, Sep. 2025, doi: 10.1038/s41467-025-62301-z.
Y. Hu et al., “Solid solvation structure design improves all-solid-state organic batteries,” Nat. Chem., vol. 17, no. 9, pp. 1313–1322, Sep. 2025, doi: 10.1038/s41557-025-01866-0.
N. Vargas Perdomo, M. P. Kim, X. Li, and L. A. Cuccia, “Contemporary evaluation of triboelectric nanogenerators as self-powered devices: A bibliometric analysis from 2012 to 2023,” DeCarbon, vol. 7, p. 100093, Mar. 2025, doi: 10.1016/j.decarb.2024.100093.
M. Rezaei et al., “A review of lithium-ion battery recycling for enabling a circular economy,” Journal of Power Sources, vol. 630, p. 236157, Feb. 2025, doi: 10.1016/j.jpowsour.2024.236157.
M. Rezaei et al., “A review of lithium-ion battery recycling for enabling a circular economy,” Journal of Power Sources, vol. 630, p. 236157, Feb. 2025, doi: 10.1016/j.jpowsour.2024.236157.
G. Vegh et al., “Correction: Vegh et al. North America’s Potential for an Environmentally Sustainable Nickel, Manganese, and Cobalt Battery Value Chain. Batteries 2024, 10, 377,” Batteries, vol. 10, no. 12, p. 450, Dec. 2024, doi: 10.3390/batteries10120450.
Z. Yang et al., “Nanoscale Encapsulation of Sulfur Cathodes via Self-Healing and Polar Synergistic Multifunctional Coating for High-Performance Li–S Batteries,” ACS Appl. Nano Mater., vol. 7, no. 23, pp. 26445–26456, Dec. 2024, doi: 10.1021/acsanm.4c02936.
G. Vegh et al., “North America’s Potential for an Environmentally Sustainable Nickel, Manganese, and Cobalt Battery Value Chain,” Batteries, vol. 10, no. 11, p. 377, Oct. 2024, doi: 10.3390/batteries10110377.
E. Feyzi, A. K. M R, X. Li, S. Deng, J. Nanda, and K. Zaghib, “A comprehensive review of silicon anodes for high-energy lithium-ion batteries: Challenges, latest developments, and perspectives,” Next Energy, vol. 5, p. 100176, Oct. 2024, doi: 10.1016/j.nxener.2024.100176.
Md. M. Hassan, X.-Y. Wang, A. A. Bristi, R. Yang, X. Li, and Q. Lu, “Composite scaffold of electrospun nano-porous cellulose acetate membrane casted with chitosan for flexible solid-state sodium-ion batteries,” Nano Energy, vol. 128, p. 109971, Sep. 2024, doi: 10.1016/j.nanoen.2024.109971.
A. Nekahi et al., “Comparative Issues of Metal-Ion Batteries toward Sustainable Energy Storage: Lithium vs. Sodium,” Batteries, vol. 10, no. 8, p. 279, Aug. 2024, doi: 10.3390/batteries10080279.
A. Nizami, Z. Yang, S. Deng, R. Li, X. Li, and X. Sun, “Catalytic conversion of polysulfides by atomic layer deposition derived titanium nitride for high‐performance lithium‐sulfur batteries,” Electrochemical Science Adv, vol. 4, no. 2, p. e2200013, Apr. 2024, doi: 10.1002/elsa.202200013.
Publications acceptées dans des conférences nationales et internationales:
A. Nizami, “Theoretical Insights into Polymer Interface Coatings for Lithium-Sulfur Battery Cathodes,” presented at the 247th ECS Meeting, May 2025.
Z. Yang, “Unravelling the Impact of Carbon Hosts on Chemistry and Microstructure Evolution in Sulfur Cathodes and Interface Design for High-Performance Solid-Sate Li-S Batteries,” presented at the 247th ECS Meeting, May 2025.
Z. Yang, “Theoretical Insights into Polymer Interface Coatings for Lithium-Sulfur Battery Cathodes,” presented at the 2025 QCAM Meeting, May 2025.
Yuxiao Zhang: Leonard F. Ruggins Engineering PhD Scholarship, Concordia University, September 1, 2025.
Nabilah Al-Ansi: Concordia Horizon PDF Fellowship, Concordia University, September 1, 2025.
Xia Li: Global Chemical Engineering Award for Outstanding Female Scientist, Global Chinese Chemical Engineers Symposium, August 30, 2025.
Natalia Vargas Perdomo: Concordia PhD Splide Fellowshipe, Concordia University, May 30, 2025.
Xia Li: Concordia Provost’s Circle of Distinction, Concordia University, April 30, 2024.
Natalia Vargas Perdomo: Concordia PhD Splide Fellowshipe, Concordia University, March 30, 2025.
Xia Li: Global Chemical Engineering Award for Outstanding Female Scientist, Global Chinese Chemical Engineers Symposium, March 30, 2025.
Xia Li: College Member of Royal Society of Canada, Royal Society of Canada, September 30, 2024.
Xia Li: Concordia Reearch Impact Award, Concordia University, September 30, 2024.
Ameer Nizami: ECS Canada Meeting Student Award, ECS, August 30, 2024.
Ameer Nizami: Concordia Public Scholar, Concordia University, June 30, 2024.
Anna Thinphang-Nga: Canadian Chemistry Conference and Exhibition Student Award, Canadian Chemistry Conference, June 30, 2024.
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.
