Nouvelle étape pour les piles au lithium métal
POSTECH, KIER et POSCO N.EX.T HUB développent des structures poreuses pour les batteries au lithium métal
Tout comme les panneaux de signalisation indiquent des directions et des distances pour éviter aux voyageurs de se perdre, les "poteaux indicateurs" guident les personnes dans des situations spécifiques. Dans le domaine de la chimie, des structures qui remplissent une fonction similaire ont été découvertes récemment et suscitent un vif intérêt de la part des chercheurs.
Représentation schématique de la géométrie interne de la structure hybride après électrodéposition du lithium
POSTECH
Image symbolique
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Le professeur Soojin Park et Dong-Yeob Han, candidat au doctorat, du département de chimie de l'université des sciences et technologies de Pohang (POSTECH), en collaboration avec le Dr Gyujin Song de l'institut coréen de recherche sur l'énergie (KIER) et une équipe de chercheurs du POSCO N.EX.T HUB, ont mis au point une structure polymérique tridimensionnelle. Cette structure légère facilite le transport des ions lithium (Li). Leur recherche a été récemment publiée dans l'édition en ligne de la revue internationale "Advanced Science".
La technologie des batteries utilisées dans les appareils électroniques tels que les véhicules électriques et les smartphones continue d'évoluer. Les anodes en lithium métal ont notamment une capacité énergétique de 3 860 mAh/g, soit plus de dix fois celle des anodes en graphite actuellement commercialisées. Les anodes en lithium métal peuvent stocker plus d'énergie dans un espace plus réduit et, contrairement au graphite ou au silicium, elles peuvent participer directement aux réactions électrochimiques en tant qu'électrodes.
Toutefois, au cours du processus de charge et de décharge, la distribution inégale des ions lithium crée des zones connues sous le nom de "Li mort", qui réduisent la capacité et les performances de la batterie. En outre, lorsque le lithium croît dans une direction, il peut atteindre la cathode du côté opposé, ce qui provoque un court-circuit interne. Bien que les recherches récentes se soient concentrées sur l'optimisation du transport du lithium dans les structures tridimensionnelles, la plupart de ces structures reposent sur des métaux lourds, ce qui compromet considérablement la densité énergétique de la batterie par rapport à son poids.
Pour résoudre ce problème, l'équipe a mis au point une structure poreuse hybride utilisant de l'alcool polyvinylique, un polymère léger ayant une grande affinité pour les ions lithium, combiné à des nanotubes de carbone monoparois et à des sphères de nanocarbone.
Cette structure est plus de cinq fois plus légère que les collecteurs en cuivre (Cu) généralement utilisés dans les anodes de batteries et présente une grande affinité pour les ions lithium, ce qui facilite leur migration à travers les espaces de la structure poreuse tridimensionnelle et permet une électrodéposition uniforme du lithium.
Lors d'expériences, des batteries à anode de lithium métal incorporant la structure tridimensionnelle de l'équipe ont démontré une grande stabilité après plus de 200 cycles de charge-décharge et ont atteint une densité énergétique élevée de 344 Wh/kg (énergie par rapport au poids total de la cellule). Ces expériences ont notamment été réalisées avec des piles à poche, représentatives des applications industrielles réelles, plutôt qu'avec des piles à pièces de monnaie à l'échelle du laboratoire, ce qui souligne le fort potentiel de commercialisation de cette technologie.
Le professeur Soojin Park de POSTECH a souligné l'importance de cette recherche en déclarant : "Cette recherche ouvre de nouvelles possibilités pour maximiser la densité énergétique des batteries au lithium métal". Gyujin Song, du KIER, a souligné que "cette structure, qui combine des propriétés de légèreté avec une densité énergétique élevée, représente une percée dans la technologie des batteries futures".
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.
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