La nouvelle chimie derrière les batteries à ultra-haute densité de puissance

Mohammad Asadi, professeur adjoint de génie chimique à l’Illinois Institute of Technology, a publié un article dans la revue La science décrivant la chimie derrière sa nouvelle conception de batterie lithium-air. Les connaissances lui permettront d’optimiser davantage la conception de la batterie, avec le potentiel d’atteindre des densités de puissance ultra-élevées bien au-delà de la technologie lithium-ion actuelle.

La conception de la batterie a le potentiel de stocker un kilowattheure par kilogramme ou plus, soit quatre fois plus que la technologie des batteries lithium-ion, ce qui transformerait l’électrification des transports, en particulier les véhicules lourds tels que les avions, les trains et les sous-marins.

Asadi visait à fabriquer une batterie à électrolyte solide, qui offre des avantages en matière de sécurité et d’énergie par rapport aux batteries à électrolyte liquide, et a recherché une option qui serait compatible avec les technologies de cathode et d’anode qu’il a développées pour une utilisation dans les batteries lithium-air.

Il a choisi un mélange de polymère et de céramique, qui sont les deux électrolytes solides les plus courants, mais qui ont tous deux des inconvénients. En les combinant, Asadi a découvert qu’il pouvait tirer parti de la conductivité ionique élevée de la céramique et de la haute stabilité et de la haute connexion interfaciale du polymère.

Le résultat permet à la réaction réversible critique qui permet à la batterie de fonctionner – formation et décomposition de dioxyde de lithium – de se produire à des vitesses élevées à température ambiante, la première démonstration de cela dans une batterie lithium-air.

Comme décrit dans le La science papier, Asadi a mené une série d’expériences qui démontrent la science derrière la façon dont cette réaction se produit.

“Nous avons constaté que cet électrolyte à l’état solide contribue à environ 75 % de la densité d’énergie totale. Cela nous indique qu’il y a beaucoup de place pour l’amélioration car nous pensons que nous pouvons minimiser cette épaisseur sans compromettre les performances, et cela nous permettrait d’atteindre un densité d’énergie très, très élevée », explique Asadi.

Ces expériences ont été menées en collaboration avec l’Université de l’Illinois à Chicago et le Laboratoire national d’Argonne. Asadi dit qu’il prévoit de travailler avec des partenaires de l’industrie alors qu’il s’oriente maintenant vers l’optimisation de la conception de la batterie et son ingénierie pour la fabrication.

“La technologie est une percée, et elle a ouvert une grande fenêtre de possibilité pour mettre ces technologies sur le marché”, a déclaré Asadi.