Des ingénieurs développent une batterie lithium métal sûre et à cycle long pour les températures élevées

Ces dernières années, les batteries sont devenues omniprésentes dans la vie quotidienne des consommateurs. Cependant, les technologies de batteries commerciales existantes, qui utilisent des électrolytes liquides et des anodes carbonées, présentent certains inconvénients tels que des problèmes de sécurité, une durée de vie limitée et une densité de puissance inadéquate, en particulier à haute température.

Cependant, il existe un besoin croissant de batteries capables de fonctionner dans des conditions extrêmes, telles que les températures élevées requises dans divers secteurs industriels, notamment la stérilisation des dispositifs médicaux, l’exploration souterraine et les réacteurs thermiques.

Cela a incité les chercheurs à rechercher des électrolytes solides sûrs et compatibles avec les anodes en lithium métal, connues pour leur capacité de puissance spécifique théorique élevée.

Une équipe de recherche dirigée par le professeur Dong-Myeong Shin du département de génie mécanique de l’université de Hong Kong (HKU) a développé une nouvelle génération de batteries au lithium métal, ce qui représente une avancée significative dans le domaine. Leur innovation repose sur des électrolytes polymères sans microfissures, qui font partie intégrante de ces batteries et qui promettent une durée de vie prolongée et une sécurité renforcée à des températures élevées.

Les résultats ont été publiés dans la revue Sciences avancées avec le titre « Li Sélectif Accéléré⁺ Transports assistés par des membranes polymères à réseau anionique sans microfissures pour batteries lithium métal à cyclage long.

Les électrolytes polymères sans microfissures développés par l’équipe du professeur Shin sont synthétisés via une réaction de clic simple en une seule étape, présentant des attributs notables, notamment la résistance à la croissance des dendrites et la non-inflammabilité, démontrant une fenêtre de stabilité électrochimique élevée jusqu’à 5 V et une conductivité ionique de 3,1 × 10⁻⁵ S cm⁻¹ à haute température.

Ces améliorations sont attribuées aux anions borates attachés dans les membranes sans microfissures, qui facilitent le transport sélectif accéléré du Li⁺ Les ions lithium et les dendrites sont éliminés et la formation de dendrites est supprimée. En fin de compte, ces membranes polymères à réseau anionique permettent aux batteries lithium métal de fonctionner comme des dispositifs de stockage d’énergie sûrs et à cycle long à haute température, en maintenant une rétention de capacité de 92,7 % et une efficacité coulombienne moyenne de 99,867 % sur 450 cycles à 100 °C. Normalement, les performances de cyclage des batteries lithium métal à électrolyte liquide classiques sont inférieures à 10 cycles à haute température.

La percée réalisée par l’équipe de recherche ouvre potentiellement la voie à de futures avancées dans la conception d’électrolytes polymères anioniques pour les batteries au lithium de nouvelle génération.

« Nous pensons que cette innovation ouvre la voie à de nouvelles chimies de batterie qui peuvent révolutionner les batteries rechargeables pour les applications à haute température, en mettant l’accent sur la sécurité et la longévité », a déclaré le Dr Jingyi Gao, premier auteur de l’article.

« Outre les applications dans les scénarios à haute température, les membranes électrolytiques sans microfissures ont également le potentiel de permettre une charge rapide en raison d’une faible surtension. Cette capacité pourrait permettre aux véhicules électriques de se recharger dans le temps qu’il faut pour boire une tasse de café, marquant ainsi une avancée significative vers un avenir énergétique propre », a ajouté le professeur Shin.