Des scientifiques développent de nouveaux électrolytes pour les batteries lithium métal à basse température

Les véhicules électriques, le stockage d’énergie à grande échelle, la recherche polaire et l’exploration de l’espace lointain ont tous imposé des exigences plus élevées en matière de densité énergétique et de performances à basse température des batteries de stockage d’énergie. Ces dernières années, les batteries au lithium métal avec une capacité spécifique élevée de l’anode au lithium métal sont devenues l’une des batteries à haute densité énergétique les plus prometteuses.

Cependant, dans les électrolytes carbonatés, les molécules de solvant interagissent fortement avec le Li⁺ce qui entrave par conséquent la migration de Li⁺ et la stabilité de l’interface lithium-métal. Cette limitation restreint l’application des batteries lithium-métal dans les environnements à basse température.

Une équipe de recherche dirigée par le professeur Li Feng de l’Institut de recherche sur les métaux de l’Académie chinoise des sciences a proposé une nouvelle stratégie de conception d’électrolyte pour réguler l’énergie de liaison de l’oxygène dans le solvant afin d’obtenir des performances exceptionnelles des batteries au lithium métal même dans des conditions de basse température.

Ce travail a été publié sous forme d’article de couverture supplémentaire dans Journal de la Société américaine de chimie.

Dans cette étude, il a été constaté que l’énergie de liaison de l’oxygène dans le solvant était étroitement associée à la coordination ionique et au transport interfacial. L’effet de différentes liaisons oxygène, telles que la sulfone (S=O), l’ester (C=O) et l’éther (C–O) sur la structure et l’adaptabilité à la température de l’électrolyte a été élucidé.

Grâce à un criblage approfondi, des solvants éther à base de tétrahydrofurane avec une faible liaison oxygène ont été sélectionnés. Sur cette base, l’interaction entre Li⁺ et les solvants ont été encore atténués par la liaison hydrogène entre les molécules de solvant fluoré et de solvant éther.

Cette stratégie accélère considérablement le processus de désolvatation du Li⁺ et réduit les effets secondaires des solvants sur le transport et la stabilité interfaciale. Les batteries au lithium métal ont montré une réversibilité élevée avec une rétention de capacité de 100 % après 150 cycles à température ambiante, -20℃ et -40℃.

Il s’agit de l’une des batteries lithium métal basse température les plus stables décrites dans la littérature. La batterie pratique de niveau Ah a montré d’excellentes performances avec ce nouvel électrolyte, et cette stratégie offre une nouvelle approche pour le développement d’électrolytes pour batteries basse température.