UPBEAT
Une technologie avancée de batteries K-ion pour applications à hautes densités d’énergie
Aperçu
Batteries au potassium, basées sur des chimies innovantes, présentant une densité d’énergie élevée et une faible empreinte environnementale
Laure MONCONDUIT (Institut Charles Gerhardt)
Les batteries Li-ion (LIBs) dominent l’électronique portable et les véhicules électriques. Cependant, la criticité de leurs métaux et l’impact environnemental imposent le développement d’alternatives. Les batteries K-ion (KIBs) émergent comme solution prometteuse, offrant haute densité d’énergie et de puissance, abondance des matériaux (sans Co, Ni, Li), moindre coût et sécurité accrue. Malgré la taille des ions K+, les KIBs pourraient concurrencer les LIBs graphite||LiFePO4. Le projet UPBEAT, fort de l’expertise de 4 laboratoires CNRS et du CEA, vise à lever les verrous persistants : réactivité du potassium, optimisation des matériaux (Analogue de Bleu de Prusse – PBA, graphite), et sécurité. Deux générations de KIBs seront développées, la seconde optimisant tous les composants (PBA stables, composites graphite/carbone dur, électrolyte, interfaces stabilisées) pour atteindre des densités d’énergie compétitives (228 Wh/kg, 422 Wh/L). Une attention clé est portée à l’électrolyte et la sécurité (prévention de HCN).
Mots-clés
Batteries K-ion, Haute densité énergétique, Durabilité, Charge rapide, Mécanisme électrochimique, Processus de vieillissement, Analogues du bleu de Prusse, Matériaux carbonés
Actus en lien
Pas d’actualités
Les tâches
Nos recherches
Développement de matériaux
Optimiser les formulations d’électrodes et d’électrolytes, et les combinaisons électrodes-électrolytes ; préparer un prototype de KIB basé avec les matériaux de l’état de l’art du consortium (GEN-1), graphite (Gr) et analogue de bleu de prusse (PBA), et l’électrolyte KPF6/KFSI dans des alkyl carbonates ; évaluer de nouvelles combinaisons électrodes-électrolytes (GEN-2) à partir des matériaux, électrodes et électrolytes optimisés .
Synthèse d’électrodes et assemblage en cellules
Valider les électrodes et électrolytes standard GEN-1 puis optimisés GEN-2, en cellules complètes sur la plateforme de mise à l’échelle du CEA.
Vieillissement des batteries
Déterminer le mécanisme de vieillissement et évaluation de la sécurité des batteries GEN-1 et GEN-2.
Le consortium
3 laboratoires académiques et 2 instituts du CEA
UPBEAT est un projet de recherche interdisciplinaire à la frontière de la chimie du solide, de la chimie des interfaces solide (inorganique)/liquide (organique) et de l’électrochimie. Il vise à développer de nouvelles KIB à haute énergie, basées autant que possible sur des matériaux durables. UPBEAT s’appuie sur la compréhension fondamentale de la relation « Composition-Structure-Propriétés ». Le projet produira des connaissances sur i) la composition, la structure et la morphologie optimales des matériaux d’électrodes PBA et à base de carbone pour les KIB ; ii) la formulation optimale de chaque type de matériau d’électrode ; iii) la compréhension approfondie du mécanisme électrochimique et des processus physico-chimiques des KIB grâce à l’utilisation de techniques de caractérisation avancées ; et iv) les enjeux de sécurité des KIB.
UPBEAT sera à l’avant-garde de la recherche post-LIB pour le développement de cellules K-ion à faible coût et respectueuses de l’environnement, en s’affranchissant notamment des métaux critiques (Li, Co, Ni).
Formation de 4 doctorants, 2 post-doctorants. et 1 ingénieur.
Les autres projets PEPR
