Des chercheurs mettent au point un gel de remplissage pour les batteries lithium-ion
Amélioration de la sécurité et des performances
Un nouveau type de gel, mis au point par des chimistes de l'université Martin Luther de Halle-Wittenberg (MLU), pourrait contribuer à rendre les batteries lithium-ion plus sûres et plus puissantes. Le gel est conçu pour empêcher les fuites du liquide électrolyte hautement inflammable. Les premières études en laboratoire montrent qu'il améliore également les performances et la durée de vie des batteries. Les chercheurs rendent compte de leurs travaux dans la revue "Advanced Functional Materials".
Les batteries lithium-ion sont de véritables centrales électriques. "Elles se chargent plus rapidement que les piles rechargeables classiques et peuvent donc être utilisées dans presque tous les domaines de la vie", explique le professeur Wolfgang Binder, directeur du groupe de recherche en chimie macromoléculaire de l'Université de Louvain. "Cependant, les électrolytes, qui transportent les ions qui conduisent le courant entre les électrodes, sont hautement inflammables. La batterie peut donc s'enflammer ou exploser si elle est endommagée".
Les chercheurs de l'UML s'efforcent d'améliorer la sécurité des batteries lithium-ion. "Nous avons mis au point un polymère qui peut être introduit dans la cellule de la batterie. L'électrolyte est lié à cette substance, mais les ions peuvent continuer à circuler librement entre les électrodes", explique le Dr Anja Marinow, chimiste à la MLU. "Le remplissage a la consistance d'un gel et combine la conductivité élevée des liquides avec la stabilité thermique et la robustesse des polymères".
Les batteries à gel avec électrolytes traditionnels n'ont rien de nouveau ; elles sont utilisées comme batteries de démarrage dans les motos, par exemple. Cependant, en combinaison avec les ions lithium, elles représentent un territoire technologique inexploré. Dans les batteries lithium-ion classiques, les électrolytes liquides créent une couche de stabilisation sur les électrodes lorsque la batterie est chargée pour la première fois. Ce phénomène est crucial pour les performances et la durée de vie de la batterie", explique M. Marinow. "Cependant, nous avions besoin d'une conception fondamentalement nouvelle pour les électrolytes gélifiés". Les chercheurs ont résolu ce problème en intégrant un échafaudage ionique dans les chaînes moléculaires du polymère.
Les premiers essais en laboratoire montrent que cette approche pourrait accroître la sécurité des batteries et même améliorer leur durée de vie et leurs performances. "Environ 3,6 volts sont considérés comme une valeur critique pour la stabilité des électrolytes dans les cellules lithium-ion conventionnelles", explique Wolfgang Binder. "Nos électrolytes en gel restent stables même à plus de cinq volts". La durabilité est également une priorité : les gels sont conçus de manière à pouvoir être recyclés relativement facilement en cas de défaut ou à la fin de la durée de vie de la batterie. Toutefois, des études approfondies à long terme doivent encore être menées avant que les nouvelles batteries lithium-gel puissent être produites à l'échelle industrielle.
Les travaux de recherche ont été menés dans le cadre du projet "BAT4EVER", financé par la Commission européenne au titre du programme Horizon 2020. Des universités, des centres de recherche et des partenaires industriels d'Allemagne, de Belgique, du Luxembourg, d'Italie, d'Espagne et de Turquie ont participé au projet. Il est prévu de poursuivre les recherches et de les développer, notamment dans le domaine de la durabilité, dans le cadre du "Centre européen pour la recherche sur la transition juste et le transfert axé sur l'impact (JTC)". Le centre, qui est actuellement en cours de création à la MLU, développera des solutions basées sur la recherche qui soutiennent les changements structurels en Saxe-Anhalt, par exemple dans le domaine de l'économie circulaire ou de l'innovation sociale.
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
Zviadi Katcharava, Torje E. Orlamünde, Lawrence T. Tema, Haobo Hong, Mario Beiner, Boyan Iliev, Anja Marinow, Wolfgang H. Binder; "Designing Conductive Pyrrolidinium‐Based Dual Network Gel Electrolytes: Tailoring Performance with Dynamic and Covalent Crosslinking"; Advanced Functional Materials, 2024-6-12
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