La fabrication de batteries de type poche avec électrolyte gel final est réalisée en suivant le processus de fabrication identique à celui des cellules de poche commerciales conventionnelles, y compris les étapes de formation et de dégazage, avec l’ajout d’un processus par faisceau d’électrons. Crédit : POSTECH
Professeur Soojin Park, Seoha Nam, titulaire d’un doctorat. candidat et le Dr Hye Bin Son du Département de chimie de l’Université des sciences et technologies de Pohang (POSTECH) ont réalisé une percée en créant une batterie à base d’électrolyte gel qui est à la fois stable et commercialement viable. Leurs recherches ont été publiées dans la revue Petit.
Les batteries lithium-ion sont largement utilisées dans l’électronique portable et le stockage d’énergie, y compris les véhicules électriques. Cependant, les électrolytes liquides utilisés dans ces batteries présentent un risque important d’incendie et d’explosion, ce qui incite à poursuivre les efforts de recherche pour trouver des alternatives plus sûres.
Une alternative est la batterie semi-solide, qui représente un juste milieu entre les batteries lithium-ion traditionnelles à électrolytes liquides et les batteries à semi-conducteurs. En utilisant un électrolyte de type gel, ces batteries offrent une stabilité, une densité énergétique et une durée de vie relativement plus longues.
La création d’électrolytes en gel implique généralement un traitement thermique prolongé à des températures élevées, ce qui peut dégrader l’électrolyte, entraînant une diminution des performances de la batterie et une augmentation des coûts de production. De plus, la résistance d’interface entre l’électrolyte semi-solide et l’électrode pose un défi dans le processus de fabrication.
Des études antérieures ont rencontré des limites dans l’application directe de leurs résultats aux lignes de production de batteries commerciales actuelles en raison de méthodes de fabrication complexes et de problèmes liés aux applications à grande échelle.
L’équipe du professeur Soojin Park a relevé ces défis en utilisant un additif réticulable bifonctionnel (CIA), l’hexaacrylate de dipentaérythritol (DPH), combiné à la technologie des faisceaux d’électrons (faisceau électronique).
Le processus conventionnel de fabrication de batteries de type pochette comprend les étapes de préparation des électrodes, d’injection et d’assemblage d’électrolyte, d’activation et de dégazage. Cependant, les chercheurs ont amélioré la double fonctionnalité du DPH en introduisant simplement une étape supplémentaire d’irradiation par faisceau électronique après le processus de dégazage.
Le CIA a agi à la fois comme additif pour faciliter une interface stable entre les surfaces de l’anode et de la cathode pendant l’activation et comme agent de réticulation pour former une structure polymère pendant le processus d’irradiation par faisceau électronique.
La batterie de type pochette de l’équipe, utilisant un électrolyte gel, a considérablement réduit la production de gaz due aux réactions secondaires de la batterie lors des processus de charge et de décharge initiaux, atteignant une diminution de 2,5 fois par rapport aux batteries conventionnelles. De plus, il minimise efficacement la résistance interfaciale grâce à la forte compatibilité entre les électrodes et l’électrolyte en gel.
Par la suite, les chercheurs ont développé une batterie haute capacité de 1,2 Ah (ampère-heure) et testé ses performances à 55 degrés Celsius, un environnement qui accélère la décomposition de l’électrolyte. Dans ces conditions, les batteries utilisant des électrolytes conventionnels ont connu une production de gaz importante, entraînant une réduction rapide de leur capacité avec gonflement de la batterie après 50 cycles.
Lors d’évaluations à haute température d’une cellule en poche de grande capacité (1,2 Ah), il a été confirmé que l’électrolyte gel (E-Gel) fonctionne de manière fiable même après 200 cycles, par rapport à l’électrolyte liquide (LE) commercial. Crédit : POSTECH
En revanche, la batterie de l’équipe n’a montré aucune production de gaz et a conservé une capacité de 1 Ah même après 200 cycles, démontrant sa sécurité et sa durabilité accrues.
Cette recherche est particulièrement importante car elle permet à la fois la sécurité et la viabilité commerciale des batteries à base d’électrolyte gel d’être rapidement produites en masse au sein des lignes de production de batteries de poche existantes.
Le professeur Soojin Park de POSTECH a déclaré : « Cette réalisation en matière de stabilité et de viabilité commerciale est sur le point de constituer une percée dans l’industrie des véhicules électriques. Nous espérons que cette avancée profitera grandement non seulement aux véhicules électriques, mais également à un large éventail d’autres applications qui dépendent du lithium. -piles ioniques.”
Plus d’information:
Seoha Nam et al, Atténuer l’évolution des gaz dans les électrolytes polymères en gel induits par un faisceau d’électrons grâce à des additifs bifonctionnels réticulables, Petit (2024). DOI : 10.1002/smll.202401426
Petit
Fourni par l’Université des sciences et technologies de Pohang
Citation: Des chercheurs développent un électrolyte en gel commercialement viable et sûr pour les batteries au lithium (24 juin 2024) récupéré le 24 juin 2024 sur
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