L'Université normale de Chine du Sud développe un électrolyte solide à large plage de températures : fonctionnement stable de -40 à 55 °C

fr.wedoany.com Rapport : Une équipe de recherche de l'Université normale de Chine du Sud (South China Normal University) a développé un électrolyte solide polymérisé in situ à base de poly(tétrahydrofurane) réticulé (poly(tetrahydrofuran), poly(THF)), permettant aux batteries au lithium métal de fonctionner de manière stable dans une large plage de températures allant de -40 °C à 55 °C tout en conservant des performances haute tension.

Les batteries à l'état solide sont considérées comme une alternative aux batteries lithium-ion traditionnelles, mais la plupart des électrolytes polymères solides présentent des problèmes tels qu'une faible conductivité ionique, un mauvais contact avec les électrodes et une stabilité haute tension limitée. Les électrolytes polyéther polymérisés in situ existants se dégradent également facilement lorsqu'ils sont associés à des cathodes haute tension, ce qui affecte la durée de vie de la batterie.

L'équipe a permis à l'électrolyte de se former directement à l'intérieur de la batterie grâce à un procédé de polymérisation in situ. Le précurseur liquide peut entrer en contact étroit avec les électrodes avant la solidification et est compatible avec les méthodes de production existantes des batteries lithium-ion. L'équipe de recherche a remplacé le monomère couramment utilisé, le 1,3-dioxolane, par du tétrahydrofurane, ce qui a permis d'améliorer la stabilité à l'oxydation de l'électrolyte jusqu'à 4,9 volts. L'éther diglycidylique d'éthylène glycol (ethylene glycol diglycidyl ether), utilisé comme agent de réticulation, a construit une structure tridimensionnelle, offrant des voies supplémentaires pour le mouvement des ions lithium et augmentant la conductivité ionique à température ambiante à 3,3 mS/cm. Le difluoro(oxalato)borate de lithium (lithium difluoro(oxalato)borate, LiDFOB) remplit à la fois les fonctions de sel de lithium et d'initiateur, et forme une couche d'interface protectrice contenant du fluorure de lithium et des composés bore-oxygène-fluor à la surface des électrodes, inhibant les réactions secondaires.

Lors des tests avec des cathodes riches en nickel NCM811 et à l'oxyde de cobalt et de lithium (lithium cobalt oxide), cet électrolyte a montré une perte de capacité minimale après des centaines de cycles à une tension de coupure élevée de 4,5 V et peut couvrir une plage de températures de fonctionnement de -40 °C à 55 °C. Les chercheurs indiquent que ce matériau convient aux véhicules électriques, aux aéronefs à décollage et atterrissage verticaux électriques et aux systèmes de stockage d'énergie à l'échelle du réseau.

L'équipe de recherche estime que cette stratégie de conception peut être étendue aux systèmes de batteries à base de sodium et au lithium-soufre. Les résultats correspondants ont été publiés dans la revue « eScience Energy ».