Quelles sont les différences et les avantages des batteries solides-états par rapport aux batteries lithium traditionnelles ?

Différences technologiques fondamentales

Les batteries lithium-ion conventionnelles utilisent un électrolyte liquide, mais les batteries à état solide sont différentes. Elles remplacent cet électrolyte liquide par un matériau solide en céramique ou en polymère. Ce changement de structure élimine les composants qui peuvent s'enflammer. En même temps, il permet des conceptions de cellules plus compactes. De plus, les batteries lithium traditionnelles ont généralement des anodes en graphite. En revanche, les batteries à état solide utilisent souvent des anodes en métal lithium. Cela aide les batteries à état solide à stocker plus d'énergie dans le même espace.

Avantages en termes de densité énergétique et de performance

Comme les batteries à état solide n'ont pas d'électrolytes liquides, elles peuvent empiler les matériaux des électrodes beaucoup plus efficacement. En conséquence, leur densité d'énergie est 2 à 3 fois supérieure à celle des batteries au lithium-ion. Que signifie cela ? Eh bien, pour les appareils, cela signifie qu'ils peuvent fonctionner plus longtemps. Dans les applications comme les véhicules électriques, cela peut entraîner une réduction significative du poids. Des recherches récentes ont montré que les cellules solides expérimentales peuvent atteindre une densité d'énergie de 500 Wh/kg. En comparaison, les batteries lithium-ion haut de gamme ont généralement une densité d'énergie de 250 - 300 Wh/kg.

Caractéristiques de sécurité améliorées

Les batteries à état solide éliminent les solvants organiques inflammables. Grâce à cela, elles présentent une bien meilleure stabilité thermique, même dans des conditions extrêmes. Des tests de contrainte en laboratoire ont révélé qu'elles peuvent conserver leur structure jusqu'à 200°C. D'autre part, les batteries lithium-ion courent le risque de décharge thermique lorsque la température atteint 150°C. Cette fonction de sécurité intégrée rend les batteries à état solide très adaptées pour des applications où l'empêchement d'une panne est extrêmement important, comme les implants médicaux et les systèmes aérospatiaux.

Vitesse de charge et durée de cycle

Certains prototypes avancés de batteries à état solide peuvent atteindre 80 % de leur capacité de charge en moins de 15 minutes. Et ils n'ont pas le problème de dépôt de lithium qui peut endommager les batteries lithium traditionnelles. L'interface électrolyte solide (SEI) dans les batteries à état solide est très stable. Elle peut traverser plus de 5 000 cycles de charge tout en conservant plus de 90 % de sa capacité. Cette durabilité à long terme est vraiment importante pour les systèmes de stockage d'énergie qui doivent être chargés et déchargés profondément tous les jours et sont censés durer des décennies.

Avantages spécifiques aux applications

Les véhicules électriques peuvent bénéficier énormément des batteries à état solide. En utilisant le même espace pour les packs de batteries, ils peuvent augmenter leur autonomie de 30 à 50 %. De plus, le risque d'incendie est réduit. Les appareils médicaux portables peuvent fonctionner plus longtemps entre les charges sans compromettre les normes de sécurité. Les batteries à état solide peuvent supporter une large gamme de températures, de -40°C à 120°C. Cela les rend fiables pour être utilisées dans des équipements industriels exposés à des conditions environnementales sévères.

Considérations sur l'impact environnemental

Les batteries à état solide ont une architecture cellulaire plus simple. Cela signifie qu'elles n'ont pas besoin d'autant de cobalt et d'autres minéraux de conflit, qui sont couramment utilisés dans la production des batteries lithium-ion. La stabilité des électrolytes solides rend le processus de recyclage plus sûr et permet des taux de récupération de matériaux plus élevés. Les fabricants réalisent également des progrès dans la réduction de la consommation d'énergie. Ils visent à utiliser 40 % moins d'énergie par rapport aux méthodes traditionnelles de production de batteries lithium.