Electrolyte Polymere Nanocomposite pour batteries au Lithium avancées – PENLiB

Une attention particulière est portée aux caractérisations macroscopiques mécaniques et à la caractérisation physique de la diffusion en milieu polymère. Les premières s'effectuent par DMA, les secondes par RMN à gradient de champ pulsé

De nouveaux électrolytes polymères ont été préparés avec :
- de nouveaux polymères hôtes
- de nouveaux sels

Des électrolytes polymères d'épaisseur 15 microns ayant des conductivités ioniques voisines du mS/cm.

2 brevets en cours d'évaluation

Afin de diminuer drastiquement les émissions de gaz à effet de serre et pour pallier à la fin du pétrole prévue pour le milieu de 21ème siècle, on constate actuellement un effort mondial pour passer de voitures propulsées par des moteurs à combustion interne à des voitures partiellement (HEV, PHEV) ou totalement électrifiées (EV).
Une des approches considérée porte sur l'utilisation de batteries à haute performance présentant une puissance et une densité d'énergie (en poids et en volume) élevée. Les batteries NiMH (Nickel Métal Hydrure), tout en ayant été utilisées dans les Toyota Prius, sont confrontés à de graves problèmes liés à (i) une assez forte auto-décharge (ii) une énergie spécifique limitée et (iii) l'utilisation d'éléments de terres rares qui sont principalement fabriqués en Chine.
Les batteries au lithium ont une énergie et une densité de puissance beaucoup plus élevée, et un plus faible taux d’auto-décharge que les NiMH. Bien que les batteries lithium-ion soient largement utilisées comme source d'énergie pour les appareils nomades électroniques, à savoir le marché « 4C » (ordinateurs, caméscopes, téléphones portables, outils sans fil), une adaptation technologique est indispensable entre les petites batteries d’appareils électroniques et les batteries de puissance de plusieurs centaines de kg. Ces batteries sont confrontées à des problèmes importants liés à (i) la sécurité (ii) la durée de vie (iii) le coût et (iiii) le recyclage. L'amélioration de la sécurité est primordiale avant d'aborder le marché du transport électrique de masse. Le danger des piles existantes réside en partie dans l'électrolyte et d'autre part dans les électrodes positives. Une amélioration de la résistance mécanique de l'électrolyte polymère permettra d'éviter les court-circuits, mais cette amélioration ne devra pas augmenter sa résistivité. Concernant les questions de sécurité induits par l'électrode positive, ils résultent en particulier de la libération d'oxygène (lithium oxydes métalliques) (danger en cas d’incendie du véhicule).
PENLiB aborde simultanément les deux principales technologies matures qui sont actuellement en concurrence: la batterie lithium-polymère et la batterie lithium-ion.

Objectifs de PENLiB: Le projet PENLiB vise à développer de nouveaux composants de la batterie qui soient respectueux de l'environnement i.e. des électrolytes polymères nanocomposites et de nouvelles électrodes positives à base de polymères redox.
L'utilisation de ces composants résultera en des batteries plus sûres, moins coûteuses et présentant une densité de puissance plus élevée.
• En effet, grâce à un renforcement considérable de l'électrolyte polymère par des nanofibres de cellulose (non-toxiques, peu chères et recyclables), l'épaisseur de l’électrolyte polymère peut être fortement diminuée tout en conservant une résistance mécanique très élevée. Cela permet d'abord de fortement diminuer sa résistivité et donc d'améliorer l'efficacité de la batterie. Comme l'électrolyte est un composant coûteux, toute diminution de son épaisseur diminue le coût de la batterie.
• Les nouveaux polymères redox peuvent être substitués aux actuels oxydes métalliques (cathode) et augmenter la puissance spécifique de la batterie. Le potentiel d'oxydoréduction de ces polymères peut être modulé pour être adapté à la fois aux batteries lithium-polymère (potentiel d'oxydation limitée ~ 3,9 V vs Li / Li +) et aux batteries lithium-ion (> 4,1 V vs Li / Li +). Ils augmenteront nettement la sécurité car, en dépit de leur potentiel redox élevé, ils ne peuvent générer aucune libération d'oxygène.