La technologie de stockage de l'énergie est d'une importance capitale dans les économies contemporaines, car la demande mondiale d'énergie continue d'augmenter.
Actuellement, la technologie lithium-ion est la technologie de batterie la plus omniprésente à l'échelle mondiale. Ces batteries sont largement utilisées dans des applications plus petites, ce qui leur permet de dominer le marché du stockage portable.
D'autre part, pour les applications à grande échelle comme les batteries de voitures électriques et les industries de stockage d'énergie à l'échelle des services publics, l'adoption a été lente et quelque peu difficile en raison des capacités limitées de la technologie.
L'innovation centrée sur l'utilisation du silicium dans les anodes de batterie a fait naître de nouvelles potentialités pour les batteries lithium-ion. Les batteries lithium-ion sont actuellement conçues à l'aide d'anodes en graphite, car le graphite présente plusieurs qualités optimales, comme sa stabilité structurelle et sa faible réactivité électrochimique.
Les anodes en graphite sont toujours performantes, mais leur capacité énergétique limitée les rend inadaptées à l'électrification mondiale. Les anodes en silicium, en revanche, absorbent plus de lithium que leurs homologues en graphite, ce qui améliore considérablement l'efficacité des piles.
Sur le plan atomique, le remplacement du silicium par du graphite comme matériau principal de l'anode lithium-ion améliorerait sa capacité à absorber les ions, car chaque atome de silicium peut accepter jusqu'à quatre ions lithium, alors que dans les anodes en graphite, six atomes de carbone absorbent un seul lithium.
Le remplacement du graphite par le silicium permet également de fabriquer des batteries de plus petite taille pour les appareils électroniques et les voitures électriques, et présente un potentiel d'augmentation de la charge des batteries par dix fois.
Bien que la capacité de stockage des anodes de silicium soit impressionnante, les critiques mentionneront l'usure comme un inconvénient à sa commercialisation. Voyez, les batteries au lithium-ion se contractent et se développent à mesure qu'elles libèrent et absorbent des ions de lithium. Ce cycle réduit la durée de vie des batteries à anodes de silicium en raison de l'usure.
Mais ne vous inquiétez pas, une étude récente de l'Université de l'Alberta résout cette question.
L'étude a démontré une innovation significative dans l'amélioration de la longévité des anodes de silicium dans les batteries lithium-ion. Les résultats indiquent que plus les particules sont petites, plus elles sont capables de gérer la tension qui se produit lorsque le silicium respire. En d'autres termes, plus les particules de silicium sont petites, moins il y a d'usure.
D'autres études ont corroboré ce fait, indiquant que les nanoparticules de silicium (Si-NPs) inférieures à 150 nm évitent la formation de fissures lors de la première lithiation, réduisant ainsi la contrainte mécanique et empêchant la déformation et la fissuration des électrodes
L'amélioration de la durée de vie des anodes de silicium est essentielle pour étendre les possibilités de stockage des batteries et la commercialisation qui s'ensuit de ses applications qui pourraient remodeler l'économie mondiale.
Les véhicules électriques à batterie (BEV) sont alimentés par l'électricité stockée dans un bloc de batteries, qui à son tour fait fonctionner un moteur électrique et fait tourner les roues. Lorsqu'elles sont épuisées, les batteries sont rechargées à l'aide du réseau électrique, ce qui peut se faire via une prise murale ou une station de charge
La prochaine étape vers la commercialisation des batteries lithium-ion à anode de silicium réside dans le raffinement. En simplifiant et en normalisant le processus utilisé pour convertir le silicium en particules de la taille d'un nanomètre, le potentiel commercial des batteries à anode de silicium (et des produits qui pourraient les utiliser) pourrait être considérablement élargi.
Resources HPQ Silicium développe le projet PUREVAP™ de réacteur de réduction du quartz (QRR) en partenariat avec Pyrogenesis Canada Inc. Le projet est un nouveau procédé carbothermique (brevet en instance) qui permet la transformation et la purification du quartz (SiO2) en silicium métallique de haute pureté (4N+ Si) en une seule étape.
Après avoir franchi de nombreuses étapes depuis sa création en 2015, HPQ est sur le point de démarrer son usine pilote de 50 tonnes par an de Gen3 PUREVAP™ QRR. Ce processus démontrera la capacité de l'entreprise à produire du silicium de haute pureté à des coûts compétitifs, et à produire des matériaux en silicium à valeur ajoutée, en qualifiant et en vendant des produits à des clients potentiels.
Le transport électrique, en particulier, est une industrie qui repose massivement sur la performance des batteries. On peut pratiquement garantir que les véhicules électriques (VE) gagneront en compétitivité sur le marché une fois que le stockage des batteries sera étendu, et le projet de réacteur de réduction du quartz (QRR) de HPQ PUREVAP™ a un rôle important à jouer dans cette équation.
Le perfectionnement des batteries lithium-ion à anode de silicium en produits commercialement viables est une perspective exaltante, car il contribuera à inaugurer l'ère du faible taux de carbone et de l'électrification de l'économie mondiale.
HPQ Silicon est un émetteur industriel de niveau 1 de la Bourse de croissance TSX basé au Québec. Avec le soutien de ses partenaires technologiques de classe mondiale, PyroGenesis Canada et NOVACIUM SAS, l'entreprise met au point de nouveaux procédés écologiques indispensables à la fabrication des matériaux critiques nécessaires pour atteindre le niveau zéro d'émissions.
