Conception de batteries lithium-ion à charge rapide au moyen de minéraux d’origine canadienne pour l’électrification des transports
Aperçu du projet
Ce projet de recherche a pour but de révolutionner les batteries lithium-ion pour véhicules électriques (VE) afin de lutter contre l’augmentation des émissions de CO2 issues du secteur des transports au Canada. Par la conception de batteries à charge rapide (cinq minutes ou moins) et un coût cible de 80 $ US/kWh, le projet s’attaque aux éléments qui nuisent actuellement à la qualité marchande des VE.
L’objectif est d’utiliser des matériaux d’origine locale et de collaborer avec les industries québécoise et canadienne afin de rendre les VE plus accessibles, en particulier pour les personnes à faible revenu, tout en contribuant à l’atteinte des cibles de réduction des émissions de gaz à effet de serre du Canada.
La recherche couvre l’ensemble du processus de développement, de la conception des matériaux à l’assemblage des batteries. En plus d’assurer la croissance économique et l’indépendance vis-à-vis des matériaux de batteries, cette approche audacieuse contribue également à l’innovation technologique en matière d’énergie propre et à la réduction des émissions de gaz à effet de serre. Par cette initiative, l’équipe du projet s’efforce de créer un avenir durable et respectueux de l’environnement pour le Canada, en répondant à l’urgence de lutter contre les changements climatiques et leur incidence sur la population.
Renseignements clés
| Chercheur principal | Karim Zaghib, professeur, Département de génie chimique et des matériaux, directeur général de Volt-Age, Université Concordia |
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Cochercheurs principaux |
Xia Li, professeure adjointe, Département de génie chimique et des matériaux, Université Concordia; Sixu Deng, professeur adjoint, Département de génie chimique et des matériaux, Université Concordia | |
Collaboratrice de recherche |
Sarah Sajedi, Environmental Management Solutions | |
| Partenaires non universitaires | Lightening Energy, AI Mogul, Nouveau Monde Graphite | |
| Mots-clés de la recherche | Batteries lithium-ion, charge ultrarapide, densités d’énergie élevées, longue durée de vie, électrification, véhicules électriques, développement durable | |
| Budget | En espèces : 400 000 $ En nature : 400 000 $ |
But de la recherche
Anodes en silicium et en graphite naturel
Cet objectif de recherche vise à résoudre les problèmes de capacité et de stabilité causés par l’expansion importante du volume pendant la lithiation dans de nombreuses batteries lithium-ion. Il s’agit ici de développer des anodes en silicium et en nanographite pour des batteries lithium-ion à haute performance. Le projet consiste à étudier un éventail de compositions au moyen de différents rapports entre les particules de silicium et de nanographite.
Cathodes polyanioniques en couches et en olivine riches en nickel
L’un des principaux objectifs de cette étude est d’optimiser à la fois les cathodes en couches riches en nickel et polyanioniques en olivine, notamment le phosphate de fer lithium-manganèse (LMFP), en combinant leurs avantages et en corrigeant leurs inconvénients. Pour améliorer la conductivité du LMFP, l’équipe mettra au point une technologie de couche de carbone ayant des propriétés du saccharose à l’aide d’une méthode résistante à l’eau; ainsi, on élimine la nécessité d’utiliser des solvants coûteux et toxiques comme la N-méthyl-pyrrolidone dans la fabrication des électrodes.
Électrolytes
Le projet porte également sur le développement d’une couche interfaciale stable pour protéger les électrodes et prévenir les réactions secondaires indésirables dans les batteries lithium-ion. Cette partie de la recherche a pour but d’étudier des combinaisons de différents matériaux pour créer des électrolytes liquides stables et hautement conducteurs. L’étude compte l’évaluation de la conductivité et de la viscosité de ces électrolytes pour comprendre leurs propriétés et analyser leur capacité à améliorer la stabilité des batteries lithium-ion.
Performance des batteries
Un autre aspect de la recherche consiste à déterminer la construction et l’assemblage optimaux pour les batteries lithium-ion en testant des piles boutons et en évaluant les anodes, les cathodes et les électrolytes. Cette approche permet de mieux comprendre la capacité, la durée de vie, l’efficacité et la capacité de charge rapide des batteries dans diverses conditions, ce qui contribue à optimiser la conception des matériaux des batteries. L’utilisation de matériaux de batteries provenant de mines locales dans l’évaluation de la performance favorise des pratiques d’extraction plus écologiques et pourrait aider à réduire l’empreinte carbone régionale de l’industrie minière.
Caractérisation
L’équipe emploiera des techniques de caractérisation avancées pour étudier les mécanismes des batteries lithium-ion développées et ainsi soutenir l’atteinte des objectifs de la recherche. Des caractérisations comme la spectroscopie à rayons X et les microscopies par diffraction permettront d’étudier la morphologie, la structure cristalline, les états chimiques, les environnements locaux, les propriétés mécaniques et la stabilité thermique des matériaux.
Partenaires non universitaires
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