Des scientifiques ont découvert que le fait de doper le matériau cathodique avec un liquide ionique permet de combler les vides structurels et d’améliorer le contact avec un électrolyte solide dans les batteries au lithium métal.
Des scientifiques de l’Université métropolitaine de Tokyo (Japon) se sont attaqués à un problème commun aux batteries au lithium métal de la prochaine génération. Ils ont trouvé une solution prometteuse dans un liquide salé qui réduit la résistance problématique entre les composants clés. Le résultat est un prototype de batterie dont la stabilité a été considérablement améliorée, ce qui laisse entrevoir de nouvelles voies prometteuses pour une chimie de batterie au potentiel passionnant.
Les batteries au lithium métal sont considérées comme une perspective extrêmement intéressante dans le domaine du stockage de l’énergie, car le lithium métal pur offre une densité énergétique incroyablement élevée. Son utilisation à la place du graphite et du cuivre qui constituent l’une des électrodes des batteries actuelles pourrait donc entraîner des gains de performance considérables, permettant par exemple aux smartphones de fonctionner pendant plusieurs jours ou aux voitures électriques de parcourir une plus grande distance avec chaque charge.
Cependant, ces batteries ont jusqu’à présent été freinées par des problèmes de stabilité, et les scientifiques s’efforcent de les résoudre en remplaçant les composants liquides par des composants solides. Connues sous le nom de batteries à l’état solide, les ions de lithium qui transportent la charge de la batterie voyageraient dans un électrolyte solide plutôt que liquide. Mais ces batteries ont aussi leurs défauts, dont l’instabilité à l’interface entre l’électrolyte solide et les électrodes de la batterie.
L’expérimentation de matériaux alternatifs et d’autres modifications de conception à cette intersection vitale a donné lieu à des avancées prometteuses ces derniers temps, les scientifiques ayant présenté des couches protectrices auto-assemblées et une pâte semblable à du beurre comme des solutions potentielles. L’équipe de l’Université métropolitaine de Tokyo a abordé ce problème en produisant une électrode « quasi-solide » destinée à être utilisée dans une batterie solide au lithium métal.
Les chercheurs travaillaient avec un candidat électrolyte solide prometteur appelé LLZO, qui est connu pour s’interfacer relativement bien avec les anodes de lithium métal, mais qui provoque une résistance élevée lorsqu’il s’interface avec des cathodes conventionnelles. L’idée était d’améliorer le contact et de réduire la résistance entre l’électrolyte céramique solide et la cathode, en ajoutant une dose de liquide ionique à température ambiante, qui est un sel à l’état liquide.
Des scientifiques ont découvert que le fait de doper le matériau de la cathode avec un liquide ionique permet de combler les vides structurels et d’améliorer le contact avec un électrolyte solide dans les batteries au lithium métal.
Le dopage de leur cathode d’oxyde de cobalt et de lithium avec le liquide ionique a rempli de minuscules vides dans l’interface entre celle-ci et l’électrolyte solide, ce qui a permis de réduire considérablement toute résistance et de favoriser le transport des ions, le liquide ionique étant également conducteur d’ions. En outre, contrairement aux électrolytes liquides utilisés dans les batteries actuelles, le liquide conducteur ionique est non volatil et généralement ininflammable.
Un prototype de batterie doté de cette nouvelle cathode à l’état quasi-solide a fait preuve d’une stabilité impressionnante, conservant 80 % de sa capacité sur 100 cycles de charge et de décharge à des températures élevées de 60 °C. L’équipe a encore beaucoup à faire pour que cette technologie devienne une réalité commerciale, notamment en affinant la composition du liquide ionique afin d’éviter sa dégradation, mais elle considère cette percée comme la base de nouvelles voies dans la recherche de batteries lithium-métal à l’état solide.
https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(22)00166-3
https://www.eurekalert.org/news-releases/946554
