Des piles rechargeables plus économiques et plus durables

Électrolyte à très faible concentration pour les batteries lithium-ion

23.04.2024

Les sels de lithium rendent les batteries puissantes mais coûteuses. Un électrolyte à très faible concentration basé sur le sel de lithium LiDFOB pourrait constituer une alternative plus économique et plus durable. Les cellules utilisant ces électrolytes et des électrodes conventionnelles se sont révélées très performantes, comme l'a rapporté une équipe de chercheurs dans la revue Angewandte Chemie. En outre, l'électrolyte pourrait faciliter la production et le recyclage des batteries.

Les batteries lithium-ion (LIB) alimentent les smartphones et les tablettes, font rouler les véhicules électriques et stockent l'électricité dans les centrales électriques. Les principaux composants de la plupart des batteries LIB sont des cathodes en oxyde de lithium et de cobalt (LCO), des anodes en graphite et des électrolytes liquides qui fournissent des ions mobiles pour les réactions découplées de la cathode et de l'anode. Ces électrolytes déterminent les propriétés de la couche interphase qui se forme sur les électrodes et affectent ainsi des caractéristiques telles que les performances de cyclage de la batterie. Cependant, les électrolytes commerciaux sont encore principalement basés sur un système formulé il y a plus de 30 ans : 1,0 à 1,2 mol/L d'hexafluorophosphate de lithium (_LiPF6) dans des esters d'acide carboxylique ("solvant carbonate"). Au cours des dix dernières années, des électrolytes à haute concentration (> 3 mol/L) ont été développés, augmentant les performances des batteries en favorisant la formation de couches interphases robustes dominées par des éléments inorganiques. Cependant, ces électrolytes ont une viscosité élevée, une mauvaise capacité de mouillage et une conductivité inférieure. Les grandes quantités de sels de lithium nécessaires les rendent également très coûteux, ce qui constitue souvent un paramètre critique pour la faisabilité. Pour réduire les coûts, des recherches ont également été lancées sur les électrolytes à très faible concentration (< 0,3 mol/L). L'inconvénient de ces électrolytes est que la cellule de la batterie décompose plus de solvant que les quelques anions salins, ce qui conduit à une couche d'interphase dominée par les organiques et moins stable.

Une équipe dirigée par Jinliang Yuan, Lan Xia et Xianyong Wu de l'université de Ningbo (Chine) et de l'université de Puerto Rico-Rio Piedras Campus (États-Unis) a maintenant mis au point un électrolyte à très faible concentration qui pourrait convenir à une application pratique dans les batteries lithium-ion : LiDFOB/EC-DMC. Le LiDFOB (difluoro(oxalato)borate de lithium) est un additif courant et nettement moins cher que le _LiPF6. L'EC-DMC (carbonate d'éthyle/carbonate de diméthyle) est un solvant carbonate commercial. L'électrolyte a une teneur en sel potentiellement record de 2 % en poids (0,16 mol/L), mais une conductivité ionique suffisamment élevée (4,6 mS/cm) pour faire fonctionner une batterie. En outre, les propriétés des anions ^DFOB- permettent la formation d'une couche d'interphase robuste dominée par l'inorganique sur les électrodes de LCO et de graphite, ce qui se traduit par une stabilité de cyclage exceptionnelle dans les demi-cellules et les cellules complètes.

Alors que le _LiPF6 actuellement utilisé se décompose en présence d'humidité, libérant du fluorure d'hydrogène (HF), un gaz hautement toxique et corrosif, le LiDFOB est stable à l'eau et à l'air. Au lieu d'être fabriquées dans des conditions strictes de salles sèches, les cellules photovoltaïques à base de LiDFOB peuvent être produites dans des conditions ambiantes, ce qui permet de réaliser des économies supplémentaires. Le recyclage serait également beaucoup moins problématique et conduirait à une plus grande durabilité.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

Publication originale

Zhishan Liu, Wentao Hou, Haoran Tian, Qian Qiu, Irfan Ullah, Shen Qiu, Wei Sun, Qian Yu, Jinliang Yuan, Lan Xia, Xianyong Wu; "An Ultralow‐concentration and Moisture‐resistant Electrolyte of Lithium Difluoro(oxalato)borate in Carbonate Solvents for Stable Cycling in Practical Lithium‐ion Batteries"; Angewandte Chemie International Edition, 2024-4-5

https://www.chemeurope.com/fr/news/1183268/des-piles-rechargeables-plus-economiques-et-plus-durables.html