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Une batterie quasi-solide performante et sûre
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Les batteries lithium-ion (LIBs) dominent le marché des appareils électriques et des véhicules. Leur électrolyte organique liquide est considéré indispensable pour leur efficacité énergétique. Cependant, la sécurité de ces batteries pose un problème croissant à mesure que la demande augmente. Les batteries à électrolyte solide offrent une solution potentielle pour atténuer ces risques, mais l’interface entre les électrodes solides et l’électrolyte ne favorise pas le transfert optimal des ions lithium. De plus, l’expansion et la contraction des électrodes solides peuvent perturber cette interface, entraînant une dégradation de la performance.
Pour surmonter ces obstacles, une équipe de chercheurs japonais, dirigés par Ryosuke Kido de l’Université Doshisha, a mis au point une batterie lithium-ion quasi-solide non inflammable. Selon Ryosuke Kido, « L’augmentation de la capacité des matériaux actifs des électrodes positives et négatives pour obtenir une densité énergétique plus élevée réduit les performances cycliques et la sécurité. La batterie quasi-solide retardant la flamme que nous avons développée, combinant un électrolyte liquide et un électrolyte solide, offre une alternative plus sûre et plus durable aux batteries entièrement solides avec une haute densité énergétique ».
La nouvelle conception de la batterie utilise une électrode négative en silicium (Si) et une électrode positive en LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811), matériaux considérés comme de prochaine génération pour les LIBs. Les électrodes sont séparées par une feuille de céramique de verre conductrice d’ions lithium (LICGC™) de OHARA. Les chercheurs ont développé des solutions électrolytiques quasi-saturées, non inflammables, adaptées à chaque électrode, utilisant des composés comme le tris(2,2,2-trifluoroéthyl)phosphate et le méthyl 2,2,2-trifluoroéthylcarbonate. Ces solutions améliorent la compatibilité et la performance à l’interface électrolyte solide.
Les tests de performance ont montré que ces cellules de poche quasi-solides de 30 mAh offrent une excellente conductivité ionique, une stabilité thermique et une performance électrochimique remarquable. Les mesures incluent la spectroscopie d’impédance électrochimique, des tests de charge-décharge, et la calorimétrie accélérée de taux (ARC). La batterie a démontré une capacité de charge/décharge élevée avec une bonne performance cyclique et peu de changement dans la résistance interne. Les tests ARC ont également révélé une stabilité thermique accrue, avec une génération de chaleur très faible même à des températures élevées autour de 150°C. Le développement de cette nouvelle batterie lithium-ion quasi-solide pourrait révolutionner le secteur des véhicules électriques et des appareils sans fil comme les drones, en améliorant à la fois la sécurité et l’efficacité énergétique.
Science Direct : https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352152X24037010?via%3Dihub
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