Bien que les électrolytes liquides traditionnels offrent de nombreux avantages, leur instabilité avec les anodes de lithium métal entraîne généralement la croissance de dendrites, une perte de capacité et des risques majeurs pour la sécurité. Ce qui limite leur utilisation dans les batteries lithium métal à grande échelle. Face à cette contrainte, l’équipe de recherche de l’Université de Nankai a développé une batterie Li-métal cylindrique (18650) utilisant un nouvel électrolyte polymère. Cette batterie révolutionnaire atteindrait 2 000 cycles et 283 Wh/kg sans risque de combustion. Leur recherche, publiée dans la revue National Science Review, a été soutenue par la National Natural Science Foundation of China et le Programme national de recherche et développement clé de Chine.
Une batterie utilisant un nouvel électrolyte polymère gel
Les chercheurs ont conçu un nouvel électrolyte polymère gel (GPE), doté d’une structure de solvatation localisée à haute concentration (LHCE-GPE). Selon eux, cette structure de solvatation unique a contribué à améliorer la stabilité interfaciale et à supprimer la croissance de dendrites. Mais également à assurer d’excellentes performances à la batterie sur une large plage de températures, même sous contrainte mécanique. Conçue pour stabiliser les performances à haute tension, elle favorise une interphase riche en composés inorganiques qui bloque les dendrites et protège la cathode. Lors des tests, ce nouvel électrolyte a démontré une stabilité à l’oxydation exceptionnelle jusqu’à 4,95 volts et une conductivité ionique élevée de 2,8 mS/cm à température ambiante. Il permet non seulement de supprimer les dendrites, mais aussi de prolonger la durée de vie de la batterie Li-métal.
Une batterie à haute densité énergetique
Sous la direction de Chen Yongsheng, spécialiste des polymères et professeur à l’Université de Nankai, les chercheurs ont démontré que le LHCE-GPE permet également à leur batterie lithium métal 18650 d’atteindre des densités énergétiques comprises entre 250 et 283 Wh/kg à des tensions de 4,6 à 4,7 volts. Une belle prouesse, selon eux, par rapport aux batteries lithium existantes. Ils expliquent que lorsque la tension de coupe a été portée à 4,8 volts, les cellules LNCMO ont maintenu un cyclage stable pendant 150 cycles à 0,5 °C, délivrant une capacité spécifique élevée de 248 mAh/g. « La synthèse du LHCE-GPE a impliqué la polymérisation d’une solution précurseur homogène composée de diméthacrylate de triéthylène glycol (TEGDMA) comme monomère et d’un plastifiant sur mesure à structure LHCE à 60 °C au sein d’une cellule assemblée ».
Une stabilité de cyclage exceptionnelle
Grâce au nouvel électrolyte polymère, la batterie Li-métal cylindrique développée par les chercheurs bénéficierait d’une stabilité de cyclage exceptionnel, avec des cellules fonctionnant pendant plus de 1 000 cycles à 4,5 volts et jusqu’à 2 000 cycles à 4,3 volts. L’une des meilleures performances enregistrées jusqu’ici pour les batteries lithium métal à base de polymère. Par ailleurs, lors des tests de pénétration de clous, le nouvel électrolyte n’aurait montré aucune fuite ni combustion, contrairement aux électrolytes liquides traditionnels qui s’enflamment souvent sous des contraintes similaires.
Et ce n’est pas tout, il aurait également conservé d’excellentes performances, même à -15 °C. Cette avancée marque une étape clé vers des batteries lithium métal plus sûres et à haute énergie, affirment les scientifiques. Compatibles avec divers matériaux de cathode, les électrolytes polymères offrent une voie prometteuse pour les futures technologies de stockage d’énergie, conclut l’équipe de recherche. Que pensez-vous de cette batterie embarquant cet électrolyte polymère ? Je vous invite à nous donner votre avis, vos remarques ou nous remonter une erreur dans le texte, cliquez ici pour publier un commentaire .
