Contexte :
Des chercheurs de l'Institut de bioénergie et de technologie des bioprocédés de Qingdao, Académie chinoise des sciences, ont réalisé une percée significative dans les batteries au lithium tout solide, réalisant potentiellement le rêve de dispositifs électroniques plus petits avec une durée de vie de batterie prolongée. Cette avancée a été publiée dans la revue académique internationale Nature Energy le 31 juillet.
Les batteries lithium-ion utilisées dans les téléphones portables, les ordinateurs et autres appareils électroniques stockent et libèrent principalement de l'énergie via des électrolytes liquides. Les scientifiques explorent désormais un nouveau type de batterie : les batteries au lithium tout solide. Celles-ci utilisent des électrolytes solides au lieu de liquides, ce qui les rend beaucoup plus sûres.
Bien que les batteries au lithium tout solide semblent idéales, leur développement est confronté à des défis. Principalement, les différentes propriétés chimiques et physiques des matériaux au sein de la cathode de la batterie rendent la compatibilité parfaite difficile, ce qui entraîne de multiples problèmes d'interface qui compromettent la densité énergétique et la durée de vie. Pour résoudre ce problème, l'équipe de recherche a développé un nouveau matériau : un matériau de cathode homogénéisé (phosphoséléniure de lithium-titane-germanium).
Par rapport aux matériaux conventionnels, ce composé offre des avantages, notamment une conductivité électrique élevée, une densité énergétique élevée et une durée de vie prolongée :
Conductivité électrique élevée :Ce nouveau matériau présente à la fois une conductivité ionique et électronique élevée, dépassant de plus de 1 000 fois les matériaux de batterie traditionnels (cathodes à oxyde en couches). Cela permet des processus de charge et de décharge en douceur sans dépendre d'additifs conducteurs, améliorant considérablement les performances globales de la batterie.
Capacité de décharge élevée :Le nouveau matériau présente une capacité de décharge élevée de 250 mAh par gramme, dépassant les matériaux de cathode à haute teneur en nickel actuellement utilisés. À poids ou volume équivalent, les batteries intégrant ce matériau peuvent stocker une plus grande énergie électrique. Cela permet non seulement un fonctionnement prolongé sans recharge fréquente, améliorant ainsi l'endurance, mais réduit également la taille de la batterie, facilitant la conception d'appareils plus compacts.
Faible variation de volume : Pendant les cycles de charge et de décharge, le nouveau matériau présente une variation de volume de seulement 1,2 %, ce qui est considérablement inférieur aux 50 % observés dans les matériaux de cathode à oxyde en couches conventionnels. Cette variation de volume minimale contribue à maintenir la stabilité structurelle, prolongeant ainsi la durée de vie opérationnelle de la batterie.
Densité énergétique élevée :Les batteries au lithium tout solide utilisant ce nouveau matériau atteignent une densité énergétique de 390 Wh/kg, ce qui représente une augmentation de 1,3 fois par rapport aux batteries au lithium tout solide à cycle long précédemment signalées.
Durée de vie prolongée :Les batteries au lithium tout solide utilisant ce matériau atteignent plus de 10 000 cycles. Après 5 000 cycles de charge, la batterie conserve 80 % de sa capacité initiale, fournissant une alimentation suffisante pendant de longues périodes.
Cette recherche fournit un soutien technique crucial pour le développement de dispositifs de stockage d'énergie à haute densité énergétique et à longue durée de vie, offrant des sources d'alimentation sûres et durables pour les véhicules à énergie nouvelle, les réseaux de stockage d'énergie et les équipements en haute mer/dans l'espace lointain. Elle a des implications importantes pour l'avancement des nouveaux systèmes de stockage d'énergie.