Les scientifiques espèrent tirer parti du lithium pur pour fabriquer des batteries de nouvelle génération, et une avancée réalisée par des scientifiques sud-coréens marque un nouveau pas en avant
Des scientifiques sud-coréens ont réalisé une percée dans la recherche sur les batteries qui pourrait nous aider à éliminer un goulot d’étranglement important dans le stockage de l’énergie. L’avancée de l’équipe permet de surmonter un problème technique qui a freiné l’architecture très prometteuse des batteries lithium-métal et pourrait ouvrir la voie à des batteries d’une capacité jusqu’à dix fois supérieure à celle des appareils actuels.
Si les batteries lithium-métal sont si prometteuses, c’est en raison de l’excellente densité énergétique du lithium métal pur. Les scientifiques espèrent remplacer le graphite utilisé comme anode dans les batteries au lithium actuelles par ce « matériau de rêve », mais cela pose des problèmes complexes à résoudre.
L’un des principaux problèmes concerne les structures en forme d’aiguille appelées dendrites, qui se forment à la surface de l’anode lorsque la batterie est chargée. Ces structures pénètrent la barrière entre l’anode et l’autre électrode de la batterie, la cathode, et provoquent rapidement un court-circuit, une défaillance ou même un incendie.
Une grande partie de la recherche dans ce domaine se concentre donc sur la prévention de la formation de dendrites, et nous avons vu quelques solutions prometteuses et créatives. Nombre d’entre elles sont axées sur la formation d’une interface protectrice entre l’anode et l’électrolyte de la batterie, qui transporte la charge entre les électrodes pendant le cycle. Un « beurre de batterie », des additifs spéciaux ou même des batteries qui construisent leurs propres couches protectrices en sont quelques exemples notables.
« La formation de dendrites de lithium dépend fortement de la nature de la surface des anodes de lithium », explique l’auteur de l’étude, le professeur Yong Min Lee, du Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST) de Corée du Sud. « Une stratégie cruciale pour les LMB (batteries lithium-métal) consiste donc à construire une interface solide-électrolyte (SEI) efficace à la surface du lithium. »
Yong Min Lee et ses collègues ont abordé ce problème en utilisant de la poudre de lithium métallique comme point de départ, ce qui crée une surface plus élevée et permet de créer des électrodes fines et larges. L’un des inconvénients de cette technique est toutefois la nature inégale de la surface, ce qui entraîne à nouveau la défaillance de la batterie.
La solution, selon les scientifiques de la DGIST, pourrait résider dans l’ajout de nitrate de lithium. L’ajout préalable de ce composé au cours du processus de fabrication a permis à l’équipe de créer des anodes en lithium-métal ultra-minces avec une couche d’interface lisse et uniforme à la surface. Cela a permis de maintenir la batterie stable pendant 450 cycles de charge, au cours desquels elle a conservé 87 % de sa capacité et présenté une efficacité coulombienne de 96 %.
« Nous pensons que la pré-implantation d’additifs stabilisés au lithium dans l’électrode LMP serait un tremplin vers la commercialisation de batteries lithium-métal, lithium-soufre et lithium-air à grande échelle avec une énergie spécifique élevée et une longue durée de vie », déclare Yong Min Lee.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202003769
https://techxplore.com/news/2021-06-batteries-longer-ultrathin-lithium.html
