Un échantillon extensible du nouveau matériau d’électrolyte en caoutchouc.
Le caoutchouc, connu pour être un isolant, ne semble pas être un bon candidat pour l’électrolyte d’une batterie, mais des chercheurs de Georgia Tech ont mis au point un nouveau matériau caoutchouteux à haute conductivité. Cet électrolyte élastomère pourrait permettre de fabriquer des batteries de véhicules électriques plus sûres et offrant une plus grande autonomie.
Les batteries lithium-ion ont permis de révolutionner de nombreux types de technologies, des smartphones aux véhicules électriques. Mais il y a toujours un risque d’incendie ou d’explosion lorsque la batterie est endommagée ou surchauffée, grâce à l’électrolyte liquide qui transporte les ions de lithium entre les électrodes.
Les électrolytes solides peuvent contribuer à réduire ce risque, mais ils posent leurs propres problèmes. Souvent constitués de matériaux céramiques, ils peuvent être quelque peu fragiles et l’interface entre eux et les électrodes peut être inégale, ce qui réduit la conductivité des ions dans la batterie.
Les chercheurs de Georgia Tech affirment que leur nouvel électrolyte élastomère permet de résoudre ces deux problèmes. Le matériau caoutchouteux peut rebondir en cas de chocs sur la batterie, et maintient une connexion lisse avec les électrodes. Cela permet de maintenir une conductivité élevée, mais aussi d’empêcher la croissance de dendrites de lithium, qui sont souvent la première étape vers la défaillance d’une batterie.
Le caoutchouc lui-même n’est pas la partie conductrice. Il est enrobé de cristaux plastiques conducteurs d’un matériau appelé succinonitrile (1), tandis que l’élastomère fournit un échafaudage 3D qui donne à l’électrolyte sa forme et sa stabilité.
Lors des tests, les batteries au lithium métal fabriquées avec le nouvel électrolyte ont pu fonctionner à une tension de 4,5 V à température ambiante, avec une capacité de 93 mAh g-1 et pratiquement aucune perte de capacité sur 1 000 cycles. Il n’y avait également aucun signe de formation de dendrites après 100 cycles.
Bien entendu, des améliorations sont encore possibles et l’équipe étudie les moyens d’augmenter la durée des cycles et la conductivité ionique. Selon l’équipe, cela pourrait conduire à des batteries plus sûres et plus durables pour les véhicules électriques.
« Une conductivité ionique plus élevée signifie que vous pouvez déplacer plus d’ions en même temps », explique Michael Lee, auteur principal de l’étude. « En augmentant l’énergie spécifique et la densité énergétique de ces batteries, vous pouvez augmenter le kilométrage du véhicule électrique ».
- Le succinonitrile ou butanedinitrile est un composé organique de la famille des nitriles, de formule C₂H₄(CN)₂. C’est un solide incolore avec une consistance cireuse qui fond vers 57 °C
https://www.nature.com/articles/s41586-021-04209-4
https://news.gatech.edu/news/2022/01/12/rubber-material-holds-key-long-lasting-safer-ev-batteries
