Faire vivre les batteries plus longtemps avec le lithium ultramince

Faire vivre les batteries plus longtemps avec le lithium ultramince

Les batteries lithium-ion conventionnelles (LIB) tombent rapidement en disgrâce, car les chercheurs commencent à considérer les batteries au lithium métal comme une alternative supérieure en raison de leur durée de vie relativement plus longue. Crédit: Unsplash

Nos vies d’aujourd’hui sont régies par l’électronique sous toutes ses formes et formes. L’électronique, quant à elle, est régie par ses batteries. Cependant, les batteries lithium-ion (LIB) traditionnelles, largement utilisées dans les appareils électroniques, tombent en disgrâce car les chercheurs commencent à considérer les batteries au lithium métal (LMB) comme une alternative supérieure en raison de leur densité d’énergie remarquablement élevée qui dépasse LIB d’un ordre de grandeur. La principale différence réside dans le choix du matériau de l’anode: les LIB utilisent du graphite, tandis que les LMB utilisent du lithium métal.

Un tel choix, cependant, comporte ses propres défis. Parmi les plus importantes, il y a la formation de structures en forme d’aiguille sur la surface de l’anode au lithium pendant le cycle, appelées «  dendrites  », qui ont tendance à percer la barrière entre l’anode et la cathode, provoquant un court-circuit et, par conséquent, des problèmes de sécurité. «La formation de la dendrite de Li dépend fortement de la nature de la surface des anodes au lithium. Une stratégie cruciale pour les LMB consiste donc à construire une interface solide-électrolyte (SEI) efficace à la surface du lithium», explique le professeur Yong Min Lee de Daegu Gyeongbuk. Institute of Science and Technology (DGIST), Corée, spécialisé dans la conception de batteries.

En conséquence, les chercheurs ont exploré diverses stratégies, de l’ingénierie interfaciale 2D à l’architecture d’anode au lithium 3D. Dans chaque cas, la résolution d’un problème a simplement cédé la place à un autre. Cependant, une nouvelle approche basée sur les électrodes composites de poudre de lithium métal (LMP) promet de se démarquer. L’attrait des LMP réside dans leur forme sphérique, qui se traduit par une surface plus élevée et une facilité de réglage de l’épaisseur, permettant des électrodes plus larges et plus minces. Cependant, des problèmes avec l’utilisation de LMP existent toujours, tels que l’échec morphologique causé par la nature inhérente de leur surface inégale.

Maintenant, dans une nouvelle étude publiée dans Matériaux énergétiques avancés, Le Dr Lee, avec des chercheurs coréens, a adopté une nouvelle approche dans laquelle ils ont pré-planté du LiNO3 sur le LMP lui-même pendant le processus de fabrication des électrodes, leur permettant de fabriquer des électrodes d’environ 150 mm de large et 20 μm d’épaisseur, qui a montré une efficacité coulombique de 96%.

L’ajout de LiNO3 à la LMP a accompli deux choses: il a induit une SEI uniforme riche en N sur la surface de la LMP et a conduit à sa stabilisation soutenue sur un cycle prolongé sous forme de LiNO.3 était régulièrement libéré dans l’électrolyte. En fait, les LMB avec LiNO3 LMP pré-planté (LN-LMP) a démontré une performance de cyclage exceptionnelle, avec une rétention de capacité de 87% sur 450 cycles, surpassant même les cellules avec LiNO3-électrolytes ajoutés.

Faire vivre les batteries plus longtemps avec le lithium ultramince

Dans le sens des aiguilles d’une montre à partir de la gauche: Prof. Yong Min Lee, Prof. Hongkyung Lee et Ph.D. l’étudiant Dahee Jin du Département des sciences et de l’ingénierie de l’énergie, DGIST, Corée, qui, avec des collaborateurs, a conçu une anode en poudre de lithium pré-plantée LiNO3 pour leur batterie. Crédit: DGIST

Le professeur Lee est ravi de ces résultats et parle de leurs ramifications pratiques. « Nous prévoyons que la pré-plantation d’additifs stabilisés au Li dans l’électrode LMP constituerait un tremplin vers la commercialisation de batteries Li-métal, Li-S et Li-air à grande échelle avec une énergie spécifique élevée et une longue durée de vie ». il dit.

En ce qui concerne les batteries, il semble que le lithium ne se démodera pas de sitôt.


Une batterie au lithium à l’état solide durable et stable


Plus d’information:
Dahee Jin et al, Robust Cycling of Ultrathin Li Metal Enabled by Nitrate-Preplanted Li Powder Composite, Matériaux énergétiques avancés (2021). DOI: 10.1002 / aenm.202003769

Fourni par DGIST (Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology)

Citation: Faire vivre les batteries plus longtemps avec du lithium ultramince (2021, 1er juin) récupéré le 1er juin 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-06-batteries-longer-ultrathin-lithium.html

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