Une équipe de recherche a récemment développé un nouvel liant et un électrolyte sans fluor, conçus pour faire progresser la technologie des batteries écologiques et performantes. Les résultats de leurs travaux ont été publiés dans le Journal de l’Ingénierie Chimique. À mesure que les préoccupations environnementales s’intensifient, l’importance des matériaux durables dans la technologie des batteries ne cesse de croître. Les batteries lithium traditionnelles reposent sur des composés fluorés tels que le polyfluorure de polyvinylidène (PVDF) comme liant et le hexafluorophosphate de lithium (LiPF6, LP) comme sel d’électrolyte.
Cependant, ce système “PVDF-LP” libère des fluorures d’hydrogène très toxiques (HF), ce qui réduit non seulement la performance des batteries mais aussi leur durée de vie. De plus, le PVDF est non biodégradable, et avec le durcissement des réglementations de l’Union Européenne (UE) sur les substances per- et polyfluoroalkyles (PFAS), il est prévu qu’un interdit sur ces substances entre en vigueur d’ici 2026.
Les chercheurs de POSTECH et de Hansol Chemical ont proposé un système de batterie sans fluor destiné à se conformer aux futures réglementations environnementales tout en améliorant les performances des batteries. Ils ont conçu un électrolyte à base de perchlorate de lithium (LiClO4, LC) pour remplacer les électrolytes fluorés. De plus, un liant polyamide aromatique non fluoré (APA) a été développé en utilisant la technologie propriétaire de Hansol Chemical. Ce système innovant “APA-LC” est entièrement exempt de composés fluorés.
Le “liant APA” renforce la liaison entre le matériau actif de la cathode et le collecteur de courant en aluminium, ce qui empêche la corrosion des électrodes dans l’électrolyte et prolonge significativement la durée de vie des batteries. De plus, le “système LC”, enrichi en chlorure de lithium (LiCl) et en oxyde de lithium (Li2O), abaisse la barrière énergétique à l’interface pour promouvoir la migration des ions, conduisant à une diffusion plus rapide du lithium et à des performances supérieures par rapport au système LP existant.
Dans l’ensemble, le système APA-LC a montré une plus grande stabilité à l’oxydation que le système conventionnel PVDF-LP, tout en maintenant une rétention de capacité de 20 % supérieure après 200 cycles à une cadence de charge/décharge rapide de 1 C, dans la plage de 2.8 à 4.3 V lors d’un test sur cellule à pièce. L’équipe de recherche a appliqué le système APA-LC pour produire une cellule en pochette à haute capacité de 1.5 Ah (ampère-heure). Cette cellule a non seulement maintenu une excellente capacité de décharge, mais a également montré de solides performances lors des essais de charge rapide.
Cela marque la première démonstration réussie au monde d’un système de batterie entièrement évolutif et pratique, réalisé entièrement à partir de matériaux non fluorés, sans aucun composé fluoré. Le professeur Soojin Park de POSTECH a déclaré : « Nous n’avons pas seulement remplacé les systèmes fluorés ; nous avons prouvé la rétention de haute capacité et une stabilité exceptionnelle. Notre solution fera progresser la durabilité de l’industrie des batteries, facilitant la transition vers des systèmes de batteries non fluorés tout en garantissant la conformité environnementale. »
Le directeur général Young-Ho Yoon de la division des matériaux pour batteries secondaires de Hansol Chemical a fait remarquer : « En répondant aux préoccupations réglementaires concernant les PFAS, nous avons sécurisé une position sur le marché mondial des liants de cathode, qui devrait atteindre 1,7 trillion de KRW d’ici 2026. Une recherche continue consolidere notre position en tant que fournisseur leader de matériaux écologiques pour batteries secondaires. »
L’équipe était dirigée par le professeur Soojin Park et Seoha Nam du département de chimie de POSTECH, en partenariat avec le centre de R&D de Hansol Chemical dédié aux matériaux de batterie.