Dans des travaux publiés début mars dans Nature Energy, des chercheurs de l’institut avancé de sciences et de technologies de Corée du Sud et de l’Université de Californie (États-Unis) présentent un nouveau moyen de synthèse d’électrolytes pour batteries au lithium-métal. D’après leurs résultats, l’ajout de sels organiques symétriques dans différents électrolytes répandus permettrait de répondre aux problématiques de faible conductivité ionique et de formation de dendrites. Fruit de réactions parasites à l’interface entre l’électrolyte et l’anode de la cellule, ces excroissances peuvent entraîner des chutes de performances énergétiques de la batterie, voire des courts-circuits.
Plusieurs stratégies existent pour endiguer l’apparition des dendrites à l’anode de lithium métallique. Dans leur publication, les chercheurs citent par exemple l’utilisation d’électrolytes fluorés ou d’électrolytes en suspension. Ces approches limiteraient néanmoins les performances des cellules de batterie, d’après les chercheurs, en réduisant considérablement la conductivité ionique des électrolytes.
Les chercheurs américains et sud-coréens ont introduit un cristal de plastique ionique (IPC) au sein de différentes solutions électrolytes.
Un électrolyte plus performant et plus sûr
D’après eux, ce sel organique symétrique présente un avantage certain : par sa composition et sa structure symétrique, l’IPC utilisé par les chercheurs limite l’apparition de clusters d’ions lithium en donnant lieu à des « solvants miniatures » anion-Li+. D’après les résultats de l’étude, ces structures moléculaires, via leur capacité à se désolvater facilement, améliorent la conductivité ionique de l’électrolyte. Par ailleurs, le sel symétrique est également à l’origine de la formation d’une couche cationique uniforme et dense à l’interface entre l’électrolyte et l’anode, promouvant elle aussi la conductivité ionique de l’électrolyte.
Forts de leurs premiers résultats, les chercheurs ont testé leur stratégie à base d’IPC dans des cellules de batteries à électrolytes conventionnels, fluorés ou carbonatés. Après 150 cycles, les cellules testées présentent une rétention de capacité de 87,4 %, à une densité de puissance de 639,5 W/kg.
Enfin, les chercheurs ont démontré la sécurité de leur électrolyte… en y enfonçant un clou. La grande majorité des électrolytes liquides sont fortement inflammables et responsables d’emballements thermiques des batteries, pouvant causer jusqu’à leur explosion. L’IPC sélectionné par les chercheurs, en raison de sa haute stabilité thermique, a permis à la cellule étudiée de résister à la pénétration d’un clou, d’après les expérimentations filmées par caméra thermique et présentées dans l’étude.
