Les batteries sans anode doublent l’autonomie des véhicules électriques grâce à une nouvelle technologie d’électrolyte

Université des sciences et technologies de Pohang (POSTECH), Pohang, Corée

Illustration schématique et cellule en poche d'un électrolyte réversible conçu par l'hôte avec ses performances de cycle. (Image :Les chercheurs)

Une équipe de recherche conjointe dirigée par le professeur Soojin Park et le Dr Dong-Yeob Han du Département de chimie de POSTECH, ainsi que le professeur Nam-Soon Choi et le Dr Saehun Kim du KAIST, ainsi que le professeur Tae Kyung Lee et le chercheur Junsu Son de l'Université nationale de Gyeongsang, ont réussi à atteindre une densité d'énergie volumétrique de 1 270 Wh/L dans une batterie au lithium métal sans anode. Cette valeur est près de deux fois supérieure à celle des batteries lithium-ion actuellement utilisées dans les véhicules électriques, qui délivrent généralement environ 650 Wh/L. La réalisation a été publiée dans Advanced Materials.

Une batterie au lithium métal sans anode élimine complètement l’anode conventionnelle. Au lieu de cela, les ions lithium stockés dans la cathode se déplacent pendant la charge et se déposent directement sur un collecteur de courant en cuivre. En supprimant les composants inutiles, davantage d’espace interne peut être consacré au stockage d’énergie, un peu comme si l’on mettait plus de carburant dans un réservoir de même taille. Cependant, cette conception comporte de sérieux défis. Si le lithium se dépose de manière inégale, des structures pointues en forme d’aiguilles appelées dendrites peuvent se former, augmentant le risque de courts-circuits et les risques potentiels pour la sécurité. Des charges et décharges répétées peuvent également endommager la surface du lithium, raccourcissant rapidement la durée de vie de la batterie.

Pour résoudre ces problèmes, l’équipe de recherche a adopté une double stratégie, combinant un hôte réversible (RH) et un électrolyte conçu (DEL). L'hôte réversible est constitué d'une structure polymère incrustée de nanoparticules d'argent (Ag) uniformément réparties, guidant le lithium pour qu'il se dépose à des endroits désignés plutôt que de manière aléatoire. En termes simples, il agit comme un parking dédié au lithium, garantissant un dépôt ordonné et uniforme.

L'électrolyte conçu améliore encore la stabilité en formant une couche protectrice fine mais robuste composée de Li₂O et Li₃N sur la surface du lithium. Cette couche fonctionne comme un bandage sur la peau, empêchant la croissance de dendrites nocives tout en maintenant les voies ouvertes pour le transport du lithium-ion.

Lorsqu'ils sont combinés, le système RH-DEL offre des performances exceptionnelles. Sous capacité surfacique élevée (4,6 mAh cm -2 ) et densité de courant (2,3 mA cm -2 ), la batterie a conservé 81,9 pour cent de sa capacité initiale après 100 cycles et a atteint une efficacité coulombienne moyenne de 99,6 pour cent. Ces résultats ont permis à l'équipe d'atteindre la densité d'énergie volumétrique record de 1 270 Wh/L dans les batteries au lithium métal sans anode.

Il est important de noter que ces performances ont été validées non seulement dans de petites cellules de laboratoire, mais également dans des batteries de type pochette, plus proches des applications réelles des véhicules électriques. Même avec une quantité minimale d'électrolyte (E/C =2,5 g Ah -1 ) et sous une faible pression de pile (20 kPa), les batteries ont fonctionné de manière stable. Cela démontre un fort potentiel de réduction du poids et du volume des batteries tout en réduisant les charges de fabrication, améliorant ainsi considérablement la viabilité commerciale.

Le professeur Soojin Park a commenté :« Ce travail représente une avancée significative en abordant simultanément les problèmes d’efficacité et de durée de vie des batteries au lithium métal sans anode. » Le professeur Tae Kyung Lee a ajouté :« Notre étude démontre que la conception d'électrolytes basée sur des solvants disponibles dans le commerce peut atteindre à la fois une mobilité lithium-ion élevée et une stabilité interfaciale. »

Pour plus d'informations, contactez Nam-Soon Choi à Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer Javascript pour le visualiser..