Des chercheurs dirigés par Yan Wang de WPI développent un solvant

Une équipe dirigée par Yan Wang, chercheur au Worcester Polytechnic Institute (WPI), a mis au point un procédé sans solvant pour fabriquer des électrodes de batterie lithium-ion plus écologiques, moins chères et se chargeant plus rapidement que les électrodes actuellement sur le marché, une avancée qui pourrait améliorer la fabrication de batteries pour véhicules électriques.

Dans le journal Joule, le groupe a rendu compte d'un processus de fabrication par impression à sec qui évite les solvants toxiques et les longs temps de séchage nécessaires lors de la fabrication d'électrodes avec des boues et des méthodes de production conventionnelles. Wang, qui est professeur du WPI William B. Smith Dean au Département de génie mécanique et des matériaux, a déclaré que le nouveau procédé pourrait être mis à l'échelle et réduire les coûts de fabrication des électrodes jusqu'à 15 %, tout en produisant des électrodes qui peuvent se charger plus rapidement que les électrodes produites de manière conventionnelle.

"Les batteries lithium-ion actuelles se chargent trop lentement et les fabricants utilisent généralement des solvants inflammables, toxiques et coûteux qui augmentent le temps et le coût de production", a déclaré Wang. "Notre processus de fabrication sans solvant résout ces inconvénients en produisant des électrodes qui se chargent à 78 % de leur capacité en 20 minutes, le tout sans avoir besoin de solvants, de boues et de longs temps de production."

Les électrodes de batterie lithium-ion commerciales sont généralement fabriquées en mélangeant des matériaux actifs, des additifs conducteurs, des polymères et des solvants organiques pour créer une suspension qui est collée sur un substrat métallique, séchée dans un four et coupée en morceaux pour être utilisée dans des batteries. Les solvants sont récupérés par distillation.

Le processus des chercheurs, en revanche, consistait à mélanger des poudres sèches chargées électriquement afin qu'elles adhèrent lorsqu'elles sont pulvérisées sur un substrat métallique. Les électrodes revêtues à sec ont ensuite été chauffées et comprimées avec des rouleaux. Le fait de sauter le processus conventionnel de séchage et de récupération des solvants a réduit la consommation d'énergie de fabrication des batteries d'environ 47 %, ont rapporté les chercheurs.

Wang se concentre depuis longtemps sur l'amélioration des batteries lithium-ion et la réduction des déchets qu'elles créent. Il a cofondé Ascend Elements, une entreprise qui développe des technologies de recyclage des batteries. Les travaux de fabrication d'électrodes de Wang ont été financés par le ministère de l'Énergie avec le United States Advanced Battery Consortium LLC et le Massachusetts Clean Energy Center. Les collaborateurs du projet comprenaient Yangtao Liu '22 (PhD), l'étudiant diplômé Jinzhao Fu, le professeur de recherche adjoint Xiaotu Ma, Panawan Vanaphuti '22 (PhD) et Rui Wang '23 (PhD), tous de WPI ; et des chercheurs de l'Université Texas A&M, de l'Université Rice, de Microvast Inc., du Laboratoire national d'Argonne et du Laboratoire national de Brookhaven.

WPI a déposé une demande de brevet sur la technologie de fabrication développée par l'équipe de Wang. En outre, Wang et l'un de ses collaborateurs, Heng Pan de la Texas A&M University, ont cofondé AM Batteries Inc., une société financée par du capital-risque qui travaille avec Amperex Technology Limited (ATL) et d'autres sociétés pour développer la fabrication d'électrodes sans solvant.

Le Worcester Polytechnic Institute dirigera une équipe de chercheurs industriels et universitaires dans un projet de 2,4 millions de dollars visant à fabriquer des batteries de voiture au lithium-ion moins chères et à charge plus rapide.

Yan Wang, un chercheur en matériaux de renommée mondiale, est l'un des 83 "meilleurs inventeurs universitaires émergents au monde" élus dans la classe 2022 de l'Académie nationale des inventeurs.

Le Worcester Polytechnic Institute (WPI) étendra ses travaux sur le recyclage des batteries lithium-ion et dirigera une équipe de collaborateurs universitaires et industriels dans un projet de 2 millions de dollars visant à réduire le coût et à améliorer les performances des matériaux de batterie recyclés.

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