Batteries sans anode : doubler l'autonomie des véhicules électriques grâce à une technologie d'électrolyte innovante

Une équipe de recherche conjointe de POSTECH, KAIST et de l'Université nationale de Gyeongsang a atteint une densité énergétique volumétrique record de 1270 Wh/L dans une batterie lithium-métal sans anode, soit près du double des batteries lithium-ion actuelles pour véhicules électriques (~650 Wh/L). Publiée dans Advanced Materials, cette avancée combine un hôte réversible (RH) à nanoparticules d'argent et un électrolyte conçu (DEL) formant une couche protectrice Li₂O/Li₃N.

Le concept de batterie sans anode

Dans une batterie sans anode, l'anode conventionnelle est éliminée. Lors de la charge, les ions lithium migrent depuis la cathode et se déposent directement sur un collecteur de cuivre. Cette architecture libère de l'espace interne pour stocker davantage d'énergie — comme mettre plus de carburant dans un réservoir de même taille. Mais ce design pose des défis majeurs : dépôt inégal du lithium formant des dendrites (risque de court-circuit) et dégradation rapide de la surface de lithium lors des cycles répétés.

Stratégie double : hôte réversible et électrolyte conçu

L'hôte réversible (RH) est une matrice polymère contenant des nanoparticules d'argent uniformément réparties qui guident le dépôt du lithium en emplacements désignés — un « parking dédié » assurant un dépôt ordonné et uniforme. L'électrolyte conçu (DEL) forme une fine couche protectrice robuste (Li₂O et Li₃N) sur la surface du lithium, agissant comme un pansement qui empêche la croissance des dendrites tout en maintenant les voies de transport des ions lithium.

Performances exceptionnelles validées en conditions réelles

Le système RH-DEL a démontré une rétention de capacité de 81,9 % après 100 cycles à haute capacité surfacique (4,6 mAh cm⁻²) et densité de courant (2,3 mA cm⁻²), avec un rendement coulombien moyen de 99,6 %. Crucialement, ces résultats ont été validés non seulement en cellules de laboratoire mais aussi en cellules pouch — format proche des applications réelles pour véhicules électriques — même avec une quantité minimale d'électrolyte (E/C = 2,5 g Ah⁻¹) et sous faible pression d'empilement (20 kPa).

Implications pour la commercialisation

Cette stabilité sous faible pression et avec peu d'électrolyte démontre un fort potentiel pour réduire le poids, le volume et la complexité de fabrication des batteries, améliorant significativement leur viabilité commerciale. Les chercheurs soulignent que cette conception d'électrolyte basée sur des solvants disponibles commercialement permet d'allier haute mobilité ionique et stabilité interfaciale.

Pour plus d'informations, contacter le Professeur Nam-Soon Choi à KAIST.