fr.wedoany.com Rapport : L’équipe des professeurs CHEN Zhongwei, LUO Dan et WANG Dongdong de l’Institut de physique chimique de Dalian (Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences) de l’Académie des sciences de Chine a proposé une stratégie de conception d’électrolyte basée sur le « contraste polaire » pour améliorer les performances des batteries au lithium métal dans des conditions de très basse température. Les résultats de ces recherches ont été publiés dans le Journal of the American Chemical Society.
Dans un environnement à basse température, les batteries au lithium métal sont confrontées à des problèmes tels qu’un transport ionique lent, une cinétique de désolvatation des ions lithium retardée et une augmentation des réactions secondaires à l’interface, ce qui entraîne une dégradation de la capacité et une diminution de la stabilité cyclique, limitant ainsi leurs applications dans les domaines du stockage d’énergie, des véhicules électriques et de l’aérospatiale. Pour relever ces défis, l’équipe de recherche a construit une structure de solvatation dominée par les anions stable à basse température en régulant les interactions ion-dipôle entre les anions et les solvants.
L’étude a sélectionné une paire de solvants présentant un « contraste polaire » : le diméthoxyméthane (DMM), ayant la valeur maximale de potentiel électrostatique de surface (ESPmax) la plus faible, et le carbonate de fluoroéthylène (FEC), ayant la valeur ESPmax la plus élevée. À basse température, l’interaction affaiblie entre le DMM et l’anion bis(fluorosulfonyl)imide (FSI⁻) favorise l’entrée de l’anion dans la couche de solvatation des ions lithium ; simultanément, le FEC ancre davantage le FSI⁻ grâce à une interaction ion-dipôle renforcée, formant un environnement de solvatation stable dominé par les anions. De plus, l’interaction dipôle-dipôle renforcée entre le DMM et le FEC favorise la cinétique de désolvatation des ions lithium. En régulant précisément ces interactions, l’équipe a réalisé une transition de coordination anionique à basse température.
Grâce à cette stratégie, l’électrolyte induit la formation d’une phase d’interface solide-électrolyte riche en fluorure de lithium (LiF), ce qui contribue à un dépôt uniforme du lithium et à un comportement de dépôt/retrait hautement réversible à basse température. Les résultats des tests montrent que la batterie complète Li||SPAN utilisant cet électrolyte conserve 80 % de sa capacité après 150 cycles à -40 °C, avec une capacité surfacique élevée de 4,5 mAh/cm². De plus, une batterie de type poche de niveau ampère-heure a effectué 50 cycles stables à -20 °C, démontrant une bonne stabilité cyclique et un bon maintien de la capacité à basse température. CHEN Zhongwei a indiqué que cette étude révèle un nouveau mécanisme d’évolution dynamique de la structure de solvatation à basse température et fournit une nouvelle base théorique et une nouvelle stratégie de recherche pour la conception d’électrolytes pour batteries au lithium métal à basse température.
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