La technologie graphène-silicium, appelée SOG (Silicon Oxide/Graphene), est utilisée pour la fabrication de l'anode dans les cellules Lithium-ions. Elle offre de nombreux avantages dont une plus grande capacité, ainsi que la possibilité de fournir une puissance supérieure. Cette technologie est parfaitement compatible avec les procédés de fabrication conventionnels des cellules lithium et peut donc facilement remplacer l'anode en graphite largement utilisée dans l'industrie.

Grâce à sa plus grande capacité (environ 15%) on peut soit obtenir des batteries de même dimension mais avec une autonomie prolongée, soit réduire la taille et donc le poids pour une autonomie définie.

Radios, drones, caméras, systèmes GPS, ordinateurs et autres appareils électroniques utilisés sur le champ de bataille trouveraient un bénéfice important dans le développement de batteries de nouvelle génération, plus performantes, plus petites et plus sûrs. Le secteur de la défense est clairement le domaine qui est en mesure de supporter le coût élevé de technologie émergentes, à la pointe des performances, avant même l'adoption par le grand public dans des objets du quotidien.

Ce type de batterie permet également une charge bien plus rapide, comparé au batterie Graphite/NMC standards, jusqu'à un facteur 10 selon le fabricant.

De plus, la dépendance aux batteries chinoises serait une faiblesse dont l'armée US souhaite se prémunir. Les batteries lithium sont une "ressource stratégique" et la disponibilité de composants domestiques est importante pour la plus grande armée du monde. Le soutien aux développements de technologies américaines dans ce domaine est donc prioritaire.

En janvier dernier, le DoD américain a annoncé l'octroi d'un financement supplémentaire de 15 millions de dollars à la société NanoGraf, spécialisée dans la technologie SOG, portant l'investissement total à 45 millions.

Depuis, la société a également obtenu un financement supplémentaire de 60 millions de la part du Département US de l'Energie grâce à un fond dont le but est de promouvoir la fabrication domestique de batteries, en particulier avec la construction d'une usine à Flint dans l'Etat du Michigan. Cette nouvelle infrastructure doit permettre à NanoGraf de porter la production de matière pour anodes SOG à 2'500 tonnes par an, et en particulier d'alimenter le marché des véhicules électriques.

A l'origine, NanoGraf s'appelait SiNode Systems. La société est issue d'un projet de recherche mené sous l'aile du laboratoire national Argonne du ministère américain de l'Énergie et d'un programme d'entrepreneuriat de la Northwestern University en 2012.

Les chercheurs ont mis au point une anode composée de couches de graphène qui enveloppent des nanoparticules d'oxyde de silicium. L'oxyde de silicium a l'avantage de recevoir davantage de ion lithium comparé au graphite. C'est la raison de l'utilisation de l'oxyde de silicium. Cependant, on observe un changement de volume important lors de l'intercalation des ions lithium.

Lorsque l'oxyde de silicium est mélangé avec du graphite standard ces changements locaux de volume dans l'électrode génèrent des contraintes qui à leur tour provoquent des micro-fissures et des pertes de capacité de l'électrode. On observe alors un vieillissement accéléré. Le rôle du graphène, avec sa structure en couches "souples", est d'envelopper ces nanoparticules d'oxyde de silicium, tout en permettant leur gonflement lors de l'intercalation des ions lithium sans causer de dégâts dans la structure.

La technologie SOG est adaptée à tout type d'appareils, du smartphone au pack de stockage stationnaire, en passant par les véhicules électriques. A ce jour le point bloquant pour la commercialisation à large échelle de cette technologie, qui à l'air si alléchante, c'est le coût. En effet la production du graphène est difficile à large échelle, c'est actuellement une technologie de laboratoire qui n'est pas applicable à une production de masse.

Et c'est là que la contribution de l'armée US peut accélérer les développements de processus industriels, pour finalement permettre à cette technologie de profiter au grand public dans quelques années. La boîte de conserve, le GPS, la caméra numérique sont quelques exemples d'innovations qui ont été portées par les développements dans le domaine militaire et qui, aujourd'hui, profitent à l'ensemble de la population dans ses besoins et activités quotidiens. Les cellules lithium de type SOG pourront peut-être s'ajouter à cette liste.

Communiqués de presse:
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