Un électrolyte à base de borate-pyrane qui minimise la corrosion dans les batteries Li-métal

Les électrolytes sont des composants clés de la batterie qui transfèrent les particules porteuses de charge (c'est-à-dire les ions) entre deux électrodes, permettant finalement aux batteries de se charger et de se décharger de manière répétée. L’ingénierie et l’identification d’électrolytes prometteurs peuvent contribuer à améliorer les performances et les propriétés des batteries, leur permettant ainsi de mieux répondre aux besoins de l’industrie électronique.

Les batteries au lithium-métal (LMB) constituent une classe prometteuse de batteries qui possèdent de nombreuses propriétés avantageuses, notamment une utilisation plus longue de la batterie par charge unique. Cependant, les électrodes de ces batteries ont tendance à se corroder lorsqu’elles sont exposées à certains produits chimiques, ce qui rend difficile la conception d’électrolytes liquides adaptés à ces batteries.

Des chercheurs de l’Institut supérieur coréen des sciences et technologies (KAIST) et de LG Energy Solution en Corée du Sud ont récemment conçu un nouvel électrolyte liquide pour les LMB à base de borate-pyrane maigre. Leur article, publié dans Énergie naturellemontre que cet électrolyte pourrait minimiser la corrosion des LMB, tout en conservant leurs performances.

“Les batteries au lithium métal sont en cours de développement dans le but de maximiser la densité énergétique des batteries”, a déclaré Hee-Tak Kim, l'un des chercheurs qui ont mené l'étude, à Tech Xplore. “Cependant, l'obstacle actuel réside dans l'électrolyte, qui représente actuellement la deuxième fraction pondérale la plus élevée dans la batterie. Pour mettre en œuvre efficacement une densité énergétique élevée, il est impératif de réduire la quantité d'électrolyte utilisée.”

Les travaux récents de Kim et de ses collègues s'inspirent d'un article antérieur rédigé par une équipe de recherche de l'Université de Stanford, publié dans Science. Les auteurs de cet article ont découvert que le gonflement de l'interphase d'électrolyte solide (SEI), une couche protectrice créée à la surface des anodes des batteries au lithium, provoque finalement la réversibilité des électrodes métalliques au Li.

“Motivés par cette découverte, nous avons essayé de concevoir une stratégie pour construire un SEI avec un gonflement minimal de l'électrolyte liquide et, par conséquent, une corrosion minimale du Li”, a déclaré Kim. “Pour que les batteries Li-métal fonctionnent, deux exigences doivent être remplies, à savoir un placage/décapage uniforme du Li et une corrosion minimale du Li. Notre conception d'électrolyte répond à ces deux exigences en induisant un SEI densément emballé, nanocristallin et riche en inorganiques.”

L'électrolyte à base de borate-pyrane développé par cette équipe de chercheurs produit le mûrissement anti-Oswald des cristallites de LiF dans le SEI. Ce processus provoque à son tour la formation du SEI, tout en réduisant également le gonflement des couches protectrices et minimisant ainsi la corrosion des électrodes.

À l’avenir, le nouvel électrolyte liquide prometteur identifié par Kim et ses collègues pourrait être testé dans d’autres expériences et intégré dans d’autres LMB de conceptions variées. De plus, ces travaux récents pourraient éclairer l’ingénierie d’électrolytes supplémentaires, contribuant ainsi aux efforts en cours visant à introduire des conceptions de batteries plus performantes.

“Notre récent article met l'accent sur le rôle critique de la microstructure du SEI dans la résolution du problème de la corrosion du Li”, a ajouté Kim. “De plus, la microstructure peut être stratégiquement restructurée grâce à la conception unique de l'électrolyte. L'objectif ultime de la technologie des batteries Li-métal est d'obtenir une batterie lithium-métal sans anode et de permettre une charge à haut débit. Nos efforts sont consacrés à résoudre le problème. défis cruciaux associés à la réalisation de ces technologies de pointe.

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