De nouveaux matériaux permettent aux batteries au lithium métal d’atteindre une durée de vie ultra longue

Zhao Hanbin, journaliste au Science and Technology Daily

Dans le domaine des nouveaux matériaux énergétiques, comment obtenir une densité énergétique plus élevée, des batteries au lithium métal plus sûres et plus durables a toujours été un problème majeur dans la communauté de la recherche scientifique. Le 6 septembre, le journaliste a appris de l'Université du Yunnan que l'équipe du professeur Guo Hong de l'École des matériaux et de l'énergie de l'université avait conçu un nouveau type d'électrolyte polymère fonctionnalisé par l'amide, qui offre une forte garantie pour le fonctionnement à long terme de piles au lithium métal. Les résultats pertinents ont été publiés dans la revue internationale « Energy and Environmental Science ».

Dans le contexte actuel d'évolution rapide de la technologie de stockage d'énergie, les batteries au lithium métal sont considérées comme une direction importante de la future technologie des batteries en raison de leur densité énergétique élevée et de leur amélioration potentielle de la sécurité, parmi lesquelles l'optimisation des performances de l'électrolyte solide est particulièrement critique. Bien que les électrolytes polymères traditionnels présentent des avantages tels qu'un bon contact d'interface et un grand potentiel pour la production industrielle, ils sont confrontés à des défis tels que des propriétés mécaniques insuffisantes, une faible efficacité de transmission des ions lithium (Li+) et une mauvaise stabilité des interfaces d'électrodes ou d'électrolytes dans des applications pratiques. Ces problèmes limitent sérieusement les performances et la durée de vie des batteries au lithium métal.

Diagramme schématique de la conception de matériaux fonctionnalisés par l'amide. Photo fournie par la personne interrogée

En réponse à ces défis, l'équipe du professeur Guo Hong a proposé une stratégie de conception moléculaire innovante. En introduisant de nombreux sites amide, un réseau supramoléculaire hiérarchique unique a été construit, combinant intelligemment une réticulation chimique permanente et une liaison hydrogène réversible, de sorte que l'électrolyte polymère présente une excellente flexibilité tout en conservant une résistance mécanique élevée. Plus important encore, l’introduction de sites amides fournit un canal de transmission rapide et réversible pour les ions lithium, améliorant considérablement la conductivité ionique de l’électrolyte. De plus, l’effet de pré-désolvatation de l’ensemble de la matrice polymère favorise encore l’efficacité de la transmission des ions lithium, rendant leur migration dans l’électrolyte plus rapide et plus uniforme.

En plus d'excellentes performances de transmission, ce nouvel électrolyte polymère peut également former une couche d'interface stable sur la surface de l'électrode, empêchant efficacement la formation de dendrites de lithium et l'apparition de réactions secondaires interfaciales. Les dendrites de lithium sont un problème courant dans les batteries au lithium métal. Ils provoquent non seulement des courts-circuits dans la batterie, mais accélèrent également le processus de vieillissement de la batterie. Par conséquent, cette stabilité d’interface doublement améliorée est cruciale pour améliorer la sécurité et la durée de vie de la batterie.

Les résultats expérimentaux montrent que les batteries au lithium métal utilisant ce nouvel électrolyte ont montré une durabilité étonnante lors des tests de cycle. Dans des conditions de charge et de décharge complètes, la batterie avec électrode positive au lithium fer phosphate et électrode négative au lithium métal a toujours un taux de rétention de capacité de 96,5 % après 850 cycles ; tandis que la batterie avec électrode positive en oxyde de lithium et de cobalt conserve 96,8 % de sa capacité après 300 cycles.

Il est entendu que cette nouvelle réalisation constitue une innovation majeure dans la conception d'électrolytes à l'état solide, prouvant son grand potentiel dans des applications pratiques, fournissant de nouvelles idées pour résoudre les nombreux défis rencontrés par les batteries au lithium métal, et établissant également une base théorique et matérielle solide. constitue la base du développement futur de batteries à semi-conducteurs plus performantes et à durée de vie plus longue, qui offrent de larges perspectives d'application dans les véhicules électriques, les systèmes de stockage d'énergie et d'autres domaines.