Des chercheurs de la Penn State University ont appliqué avec succès le frittage à froid aux composants électrolytiques solides et liquides des batteries à semi-conducteurs pour les recycler. Les batteries au lithium à semi-conducteurs sont denses en énergie, sûres, ininflammables et peuvent être utilisées dans les véhicules électriques, les appareils portables ou les batteries d'ordinateurs portables.
Le frittage à froid est le processus consistant à combiner des matériaux à base de poudre sous des formes denses à basse température grâce à une pression appliquée à l'aide de solvants permettant aux matériaux d'être recyclés encore et encore. La technique a été développée en 2016 par une équipe de chercheurs dirigée par Clive Randall, directeur du Materials Research Institute de Penn State.
« Les défauts dans les batteries, tels que les vides et les fissures causés par les contraintes mécaniques sur les électrolytes solides, peuvent bloquer les voies de transport du lithium-ion et conduire à un court-circuit de la batterie », a déclaré Yi-Chen Lan, doctorant en génie chimique et premier auteur d'un article expliquant les découvertes récentes et publié dans la revue ChemSusChem.
« Pour recycler les électrolytes ayant subi une dégradation mécanique, nous utilisons le frittage à froid pour redensifier les microstructures et retraiter les électrolytes composites en mélangeant des céramiques avec des polymères et des sels de lithium. »
L'idée de fritter à froid les électrolytes liquides nécessaires aux batteries à semi-conducteurs est née en 2018, lorsqu'un chercheur postdoctoral du laboratoire dirigé par Enrique Gomez, professeur de génie chimique au Penn State College of Engineering, a accidentellement cassé un échantillon d'électrolyte liquide. lors d'une expérience.
« Il a décidé de retraiter l'échantillon d'électrolyte par frittage à froid, et nous avons découvert que cela fonctionnait tout aussi bien après avoir été retraité », a déclaré Gomez. « Nous n'avions pas réalisé à l'époque que c'était un concept que nous pouvions exploiter, et c'est ce qui a donné naissance à cet article. »
Selon les chercheurs, le retraitement et la réutilisation des électrolytes entraînent une consommation d’énergie inférieure et un impact environnemental moindre au fil du temps, ce qui favorise la viabilité et la durabilité des types de batteries entièrement solides.
Dans un autre article publié dans MRS Communications, les chercheurs ont fritté à froid un composite qui entre dans la composition des condensateurs, qui sont des composants importants des véhicules électriques. Dans les expériences, ils ont combiné le titanate de baryum céramique avec du téflon ou du polytétrafluoroéthylène.
«Notre travail dans MRS Communications démontre le potentiel de recyclage des matériaux qui sera crucial pour l’électrification des transports, et donc la réduction des gaz à effet de serre », a déclaré Hongtao Sun, co-auteur correspondant du document.
