Un pas de plus vers les batteries lithium-métal recyclables et résistantes au feu

Un pas de plus vers les batteries lithium-métal recyclables et résistantes au feu

Le professeur de génie moléculaire Pritzker Y. Shirley Meng (à gauche) et son équipe, y compris la doctorante Yijie Yin (à droite), démontrent comment les électrolytes à gaz liquéfié sont non seulement plus sûrs, mais promettent un fonctionnement plus durable. 1 crédit

Pour alimenter notre société de plus en plus électrifiée, la technologie de stockage d’énergie doit évoluer et s’adapter pour répondre à la demande croissante. Les batteries lithium-ion, déjà essentielles à une myriade de technologies, nécessiteront des améliorations spectaculaires en termes de densité d’énergie élevée, de sécurité, de résistance à la température et de durabilité environnementale afin de fournir le type d’avenir sans émissions que tant de personnes envisagent.

Maintenant, une équipe d’ingénieurs dirigée par Y. Shirley Meng, professeur à la Pritzker School of Molecular Engineering, a démontré que les électrolytes de gaz liquéfié peuvent fournir simultanément les quatre propriétés essentielles. La recherche, menée entre les laboratoires Meng de l’Université de Californie à San Diego et UChicago, ouvre la voie à des batteries durables, anti-incendie et à la pointe de la technologie qui peuvent être développées à grande échelle. Leurs travaux ont été publiés dans Énergie naturelle.

Yijie Yin, un doctorat en nanoingénierie. étudiant et co-premier auteur de l’article, raconte comment ce travail a vu le jour.

“En 2017, une équipe de nano-ingénieurs de l’UC San Diego a découvert des molécules d’hydrofluorocarbone qui sont des gaz à température ambiante et se liquéfieront sous une certaine pression”, a déclaré Yin. “Ils ont ensuite inventé un nouveau type d’électrolyte, appelé électrolyte à gaz liquéfié (LGE).” Les résultats correspondants ont été publiés dans La science.

L’électrolyte de gaz liquéfié élargit considérablement le choix des molécules de solvant d’électrolyte. Les petites molécules de fluorométhane et de difluorométhane criblées ont un point de fusion bas, une cinétique rapide et une large fenêtre de tension. Avec la combinaison de co-solvants, ces caractéristiques font que ces électrolytes à gaz liquéfié présentent d’excellentes performances à basse température (moins de -60 ° C), une efficacité coulombique du métal Li (> 99,8%) et des performances élevées des cathodes haute tension.

Cependant, l’électrolyte LGE n’est pas encore “parfait” car la pression de vapeur saturante des molécules utilisées est élevée, et comme la plupart des électrolytes, il est encore inflammable, ce qui rend irrationnelle la sécurité et la protection de l’environnement du système.

L’idée de ce travail est venue d’une conversation entre Yin et Yang, un doctorat en nanoingénierie. étudiant à UC San Diego. Yin a mentionné que dans les travaux de suivi, il voulait essayer de remplacer les co-solvants liquides à fort pouvoir solvatant par la plus petite molécule d’éther – l’éther diméthylique (Me2O).

“En tant que molécule de gaz, Moi2O ne peut être utilisé que dans le gaz liquéfié », a déclaré Yin. « Il ne peut fonctionner que sous le système sous pression, et il peut fournir une meilleure interface et stabilité au lithium métal tout en maintenant une cinétique rapide.

Yang était d’accord et espérait que le système pourrait être encore amélioré.

“Si nous continuons à utiliser les solvants faiblement solvatés FM et DFM actuels, les défauts de haute pression et d’inflammabilité existants ne seront pas modifiés”, a déclaré Yang. “Au lieu de cela, nous devrions travailler sur la recherche de molécules avec une liaison carbone fluorée accrue.”

Les deux se sont référés à la structure du fluorométhane pour rechercher des molécules fluorées avec des chaînes carbonées plus longues tout en conservant les avantages inhérents aux gaz liquéfiés, tels qu’un point de fusion bas, une faible viscosité et le maintien d’une certaine polarité. Compte tenu de toutes les exigences ci-dessus, le 1,1,1,2 tétrafluoroéthane (TFE) et le pentafluoroéthane pentafluoroéthane (PFE) sont venus à l’esprit.

Ce qui est encore plus surprenant, c’est que ces deux molécules sont les composants principaux de certains extincteurs, ce qui signifie que les molécules sont non seulement ininflammables mais ont également d’excellentes propriétés d’extinction d’incendie.


La stabilisation des électrolytes gazeux pourrait rendre les batteries à très basse température plus sûres


Plus d’information:
Yijie Yin et al, Électrolytes à gaz liquéfiés recyclables et extincteurs pour batteries lithium-métal résistantes à la température, Énergie naturelle (2022). DOI : 10.1038 / s41560-022-01051-4

Cyrus S. Rustomji et al, Électrolytes à gaz liquéfié pour dispositifs de stockage d’énergie électrochimique, La science (2017). DOI : 10.1126/science.aal4263

Fourni par l’Université de Chicago

Citation: Un pas de plus vers les batteries lithium-métal recyclables et résistantes au feu (29 juin 2022) récupéré le 29 juin 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-06-closer-fire-safe-recyclable-lithium-metal -batteries.html

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