Une batterie sans anode double l'autonomie des véhicules électriques
"Ce travail représente une avancée significative en abordant simultanément les questions d'efficacité et de durée de vie des piles au lithium métal sans anode
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Un véhicule électrique pourrait-il faire l'aller-retour Séoul-Busan en une seule charge ? Les conducteurs pourraient-ils cesser de s'inquiéter des performances de la batterie, même en hiver ? Une équipe de recherche coréenne a fait un grand pas en avant pour répondre à ces questions en mettant au point une batterie lithium-métal sans anode qui peut pratiquement doubler l'autonomie en utilisant le même volume de batterie.
Une équipe de recherche conjointe dirigée par le professeur Soojin Park et le docteur Dong-Yeob Han du département de chimie de POSTECH, avec le professeur Nam-Soon Choi et le docteur Saehun Kim du KAIST, et le professeur Tae Kyung Lee et le chercheur Junsu Son de l'université nationale de Gyeongsang, a réussi à obtenir une densité énergétique volumétrique de 1 270 Wh/L dans une batterie lithium-métal sans anode. Cette valeur est presque deux fois supérieure à celle des batteries lithium-ion actuellement utilisées dans les véhicules électriques, qui fournissent généralement environ 650 Wh/L. Cette réalisation a été publiée en couverture de la revue Advanced Materials.
Une batterie lithium-métal sans anode élimine complètement l'anode conventionnelle. Au lieu de cela, les ions lithium stockés dans la cathode se déplacent pendant la charge et se déposent directement sur un collecteur de courant en cuivre. En supprimant les composants inutiles, il est possible de consacrer davantage d'espace interne au stockage de l'énergie, un peu comme si l'on augmentait la quantité de carburant dans un réservoir de même taille. Toutefois, cette conception pose de sérieux problèmes. Si le lithium se dépose de manière inégale, des structures pointues en forme d'aiguille, appelées dendrites, peuvent se former, augmentant le risque de court-circuit et les dangers potentiels pour la sécurité. Les charges et décharges répétées peuvent également endommager la surface du lithium, ce qui réduit rapidement la durée de vie de la batterie.
Pour résoudre ces problèmes, l'équipe de recherche a adopté une double stratégie combinant un hôte réversible (RH) et un électrolyte conçu (DEL). L'hôte réversible est constitué d'une armature polymère dans laquelle sont intégrées des nanoparticules d'argent (Ag) uniformément réparties, ce qui permet au lithium de se déposer à des endroits déterminés plutôt que de manière aléatoire. En termes simples, il agit comme un parking dédié au lithium, garantissant un dépôt ordonné et uniforme.
L'électrolyte conçu améliore encore la stabilité en formant une couche protectrice mince mais robuste composée de Li₂O et de Li₃N sur la surface du lithium. Cette couche fonctionne comme un pansement sur la peau, empêchant la croissance de dendrites nuisibles tout en maintenant des voies ouvertes pour le transport des ions lithium.
Combiné, le système RH-DEL a fourni des performances exceptionnelles. Avec une capacité surfacique (4,6 mAh cm-²) et une densité de courant (2,3 mA cm-²) élevées, la batterie a conservé 81,9 % de sa capacité initiale après 100 cycles et a atteint une efficacité coulombienne moyenne de 99,6 %. Ces résultats ont permis à l'équipe d'atteindre le record de densité d'énergie volumétrique de 1 270 Wh/L dans les batteries au lithium métal sans anode.
Il est important de noter que cette performance a été validée non seulement dans de petites cellules de laboratoire, mais aussi dans des batteries de type poche, qui sont plus proches des applications réelles des véhicules électriques. Même avec une quantité minimale d'électrolyte (E/C = 2,5 g Ah-¹) et sous une faible pression de pile (20 kPa), les batteries ont fonctionné de manière stable. Cela démontre un fort potentiel de réduction du poids et du volume des batteries tout en diminuant les contraintes de fabrication, ce qui améliore considérablement la viabilité commerciale.
Le professeur Soojin Park a déclaré : "Ce travail représente une avancée significative en abordant simultanément les questions d'efficacité et de durée de vie des batteries au lithium métal sans anode." Le professeur Tae Kyung Lee a ajouté : "Notre étude démontre que la conception de l'électrolyte basée sur des solvants disponibles dans le commerce permet d'obtenir à la fois une mobilité élevée des ions lithium et une stabilité interfaciale."
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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