Des chercheurs en batteries dévoilent l’interaction entre les matériaux polymères et les électrolytes solides sulfurés

Une étude récente dans le domaine de la chimie démontre que le maintien de la distance peut améliorer les performances des batteries des véhicules électriques. Dans cette étude, une équipe de recherche a développé avec succès un film protecteur polymère qui permet un fonctionnement sûr de l’anode dans les batteries entièrement solides à base de sulfure. Leurs recherches ont été publiées dans l'édition en ligne de Matériaux fonctionnels avancés.

La compétitivité des véhicules électriques dépend de leur autonomie et de leur vitesse de recharge, toutes deux directement influencées par les performances de la batterie. C’est pourquoi la recherche sur les batteries est actuellement si intensive. La stabilité est également cruciale, et les batteries lithium (Li) ion actuellement sur le marché, qui utilisent un électrolyte liquide et un séparateur polymère, sont sensibles aux variations de température et aux impacts externes.

Pour résoudre ces problèmes, des batteries entièrement solides à électrolytes solides, qui peuvent fonctionner à la fois comme électrolyte liquide et comme séparateur de polymère, ont été récemment développées. Les électrolytes solides à base de sulfure ont une conductivité ionique élevée (2,5 x 10^-2 S/cm), ce qui rend le processus d'assemblage de la batterie très simple. Cependant, l’interface entre le matériau actif de l’électrode et l’électrolyte est chimiquement et électrochimiquement instable, ce qui entraîne une augmentation de la résistance interne et une réduction des performances de la batterie.

Pour résoudre ce problème, l’équipe a introduit des matériaux polymères pour empêcher le contact direct entre l’anode et l’électrolyte des batteries. À l’aide du processus de dépôt chimique en phase vapeur (iCVD), ils ont créé un film de revêtement d’anode uniforme de 100 nm (nanomètre) d’épaisseur à partir de huit polymères différents avec des polarités variables.

L'équipe a évalué la stabilité interfaciale et les performances de la batterie en utilisant ces huit films minces polymères pour le revêtement d'anode. Les résultats démontrent que des films minces constitués de polymères contenant des liaisons -COOH et CF (pAA, pC6FA) ont considérablement amélioré la stabilité de l'interface entre l'anode et l'électrolyte de la batterie entièrement solide.

Les batteries entièrement solides utilisant cette approche ont présenté un taux de rétention de capacité élevée (pAA : 64,8 %, pC6FA : 50,7 %) après plus de 100 cycles, une amélioration notable par rapport au taux de rétention de capacité de 29,0 % des batteries tout solide conventionnelles. batteries sans revêtement anodique.

À ce jour, les recherches sur ces matériaux polymères dans les batteries entièrement solides à base de sulfure ont été limitées, ce qui rend cette recherche importante car elle révèle l'interaction entre les matériaux polymères et l'électrolyte solide sulfuré.

L'équipe comprend le professeur Soojin Park, le Dr Sungjin Cho et Youngjin Song, titulaire d'un doctorat. étudiant, du Département de chimie de l'Université des sciences et technologies de Pohang (POSTECH) en collaboration avec l'équipe du professeur Sung Gap Im du Département de génie chimique et biomoléculaire de l'Institut avancé des sciences et technologies de Corée (KAIST).

Le professeur Park a déclaré : « Nous avons démontré un nouveau potentiel dans l'amélioration de la stabilité à long terme des batteries tout solide à base de sulfure. Ce travail représente un tournant majeur dans la recherche sur les batteries tout solide au sulfure, la prochaine génération. de la technologie des batteries.