Les batteries lithium-ion ne sont plus l'étalon-or de la technologie des batteries
Vers des sources d'énergie plus sûres et plus puissantes
L'utilisation du lithium métal comme anode pour les batteries est l'une des options les plus intelligentes, avec une densité énergétique supérieure à celle des autres matériaux. Cependant, l'interface entre l'électrode et l'électrolyte présente un certain nombre de problèmes qui peuvent être résolus pour obtenir des résultats plus sûrs et plus fonctionnels à l'avenir.
Chaque coin est constitué de différentes constructions d'interfaces électrode-électrolyte afin de contribuer à une révision pratique de la conception des électrodes de lithium métal.
Yanyan Wang, University of Adelaide
Les chercheurs souhaitent remplacer l'anode en graphite par une anode en lithium métal afin de construire un système de batterie à plus forte densité énergétique. Cependant, l'anode en métal lithium est instable et réagit facilement avec l'électrolyte pour former une interphase solide-électrolyte (SEI). Malheureusement, l'interphase solide-électrolyte naturelle est fragile et cassante, ce qui se traduit par une durée de vie et des performances médiocres. Les chercheurs ont donc cherché un substitut au SEI naturel, qui pourrait atténuer efficacement les réactions secondaires au sein du système de batterie. La réponse est l'ASEI (artificial solid electrolyte interphase). L'ASEI corrige certains des problèmes liés à l'anode lithium-métal nue pour en faire une source d'énergie plus sûre, plus fiable et encore plus puissante, qui peut être utilisée avec plus de confiance dans les véhicules électriques et d'autres applications similaires.
Les chercheurs ont publié leurs résultats dans la revue Energy Materials and Devices le 25 septembre.
"Les technologies des batteries ont révolutionné notre mode de vie et sont étroitement liées à la vie de chacun. Pour parvenir à une économie véritablement exempte de carbone, des batteries plus performantes sont nécessaires pour remplacer les batteries Li-ion actuelles", a déclaré Yanyan Wang, auteur et chercheur de l'étude.
Les batteries lithium-métal (LMB) sont des candidats de choix. Cependant, l'anode, le lithium métal, est réactive avec l'électrolyte et une couche de passivation, appelée interphase solide-électrolyte, se forme à la surface du lithium métal pendant le fonctionnement de la batterie. Un autre problème de l'anode en lithium métal est la "croissance des dendrites", qui apparaît pendant la charge de la batterie. Les dendrites ressemblent à des structures en forme de branches d'arbre qui causent des dommages internes à la batterie, entraînant des courts-circuits, des performances médiocres et des risques potentiels pour la sécurité. Ces faiblesses réduisent globalement l'intérêt pratique des LMB et posent des problèmes qui doivent être résolus.
L'étude a présenté certaines stratégies qui peuvent être employées pour créer une anode lithium-métal plus efficace et plus sûre. Pour améliorer l'anode en lithium métal, les chercheurs ont constaté qu'il était nécessaire d'homogénéiser la distribution des ions lithium, ce qui peut contribuer à réduire les dépôts sur les zones chargées négativement des batteries. Ceci, à son tour, réduira la formation de dendrites, ce qui peut empêcher la dégradation prématurée et les courts-circuits. En outre, le fait de faciliter la diffusion des ions lithium tout en garantissant l'isolation électrique des couches peut contribuer à préserver l'intégrité de la structure, tant physique que chimique, pendant le cycle de vie de la batterie. Plus important encore, la réduction de la tension entre l'interface de l'électrode et l'électrolyte peut assurer une connectivité correcte entre les couches, ce qui est un élément essentiel de la fonctionnalité de la batterie.
Les stratégies qui semblent avoir le plus de potentiel sont les couches ASEI polymériques et les couches ASEI hybrides inorganiques-organiques. Les couches polymères sont suffisamment ajustables dans leur conception, la résistance et l'élasticité étant facilement réglables. Les couches polymères ont également des groupes fonctionnels similaires à ceux des électrolytes, ce qui les rend extrêmement compatibles ; cette compatibilité est l'une des principales lacunes des autres composants. Les couches hybrides inorganiques-organiques sont les meilleures en raison de la réduction de l'épaisseur des couches et de l'amélioration marquée de la distribution des composants à l'intérieur des couches, ce qui améliore les performances globales de la batterie.
L'avenir des couches ASEI est prometteur mais nécessite quelques améliorations. Les chercheurs aimeraient surtout voir une amélioration de l'adhérence des couches ASEI sur la surface du métal, ce qui améliorerait globalement le fonctionnement et la longévité de la batterie. La stabilité de la structure et de la chimie des couches ainsi que la réduction de l'épaisseur des couches afin d'améliorer la densité énergétique des électrodes métalliques sont d'autres domaines qui requièrent une certaine attention. Une fois ces questions résolues, la voie vers une batterie lithium-métal améliorée devrait être bien tracée.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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