Le lithium métal est l'un des meilleurs candidats pour remplacer le graphite comme matériau d'anode grâce à sa grande capacité théorique. Le problème est que les batteries utilisant des anodes au lithium métal ont actuellement une faible durée de vie.
Cependant, grâce à un nouvel électrolyte liquide ionique à double anion ininflammable, cela pourrait bientôt changer.
Des chercheurs de l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) et de l'Institut Helmholtz d'Ulm - Stockage d'énergie électrochimique (HIU) ont maintenant trouvé une solution. Comme vous le rapportez dans le magazine Joule, vous utilisez une nouvelle combinaison prometteuse de matériaux. Ils utilisent une cathode en couches à faible teneur en cobalt et riche en nickel (NCM88). Cela offre une densité d'énergie élevée. Cependant, avec l'électrolyte organique couramment utilisé et disponible dans le commerce (LP30), la stabilité laisse beaucoup à désirer. La capacité de stockage diminue à mesure que le nombre de cycles de charge augmente.
Pourquoi en est-il ainsi ? L'électrolyte réagit à l'intérieur de ces fissures et détruit la structure. De plus, une épaisse couche contenant du lithium ressemblant à de la mousse se forme sur la cathode. « Les chercheurs ont donc utilisé à la place un électrolyte liquide ionique non volatil et ininflammable à deux anions (ILE). « Avec l'aide de l'ILE, les modifications structurelles de la cathode riche en nickel peuvent être considérablement réduites », rapporte le Dr Guk-Tae Kim du groupe de recherche sur l'électrochimie des batteries de l'HIU.
88 % de capacité conservée sur 1 000 cycles de charge
Les résultats :Avec la cathode NCM88 et l'électrolyte ILE, la batterie au lithium métal atteint une densité d'énergie de 560 wattheures par kilogramme (Wh/kg). Il a initialement une capacité de stockage de 214 mAh par gramme (mAh/g); 88 % de la capacité est conservée sur 1 000 cycles de charge. L'efficacité de Coulomb, qui indique le rapport entre la capacité retirée et la capacité fournie, est en moyenne de 99,94 %.
Étant donné que la batterie présentée se caractérise également par un haut niveau de sécurité, les chercheurs de Karlsruhe et d'Ulm ont ainsi franchi une étape importante sur la voie d'une mobilité neutre en carbone.
Comparaison de la durée de vie de différents électrolytes dans une batterie au lithium métal
Au départ, je n'avais pas remarqué que le chiffre de densité énergétique de 560 Wh/kg annoncé dans le communiqué de presse ne tenait compte que du poids de la matière active (cathode et anode), alors merci Andrés pour l'avertissement !
Le document de recherche le clarifie.
L'énergie spécifique résultante basée sur le poids global des matériaux actifs (anode + cathode) est calculée comme étant de 564 Wh kg-1 à 0,1 C et de 488 Wh kg-1 à 0,5 C en utilisant l'électrode Li mince.
Points forts
