Une illustration montrant où se trouve la pâte dans une batterie au lithium-ion
Nous avons beaucoup entendu parler ces derniers temps des piles à semi-conducteurs, qui présentent des avantages certains par rapport à leurs homologues classiques. Bien qu’elles ne soient pas encore tout à fait prêtes pour un usage quotidien, une nouvelle substance semblable au beurre pourrait contribuer à changer cela.
En général, les batteries lithium-ion se composent de deux électrodes chargées de manière opposée (l’anode et la cathode), qui sont séparées par un électrolyte liquide. Les ions de lithium traversent ce liquide et vont et viennent entre les deux électrodes pendant les cycles de charge et de décharge.
Malheureusement, ces électrolytes ont tendance à être peu respectueux de l’environnement, ce qui pose un problème lorsque les piles sont endommagées ou mises au rebut. De plus, ils sont très inflammables et peuvent donc s’enflammer lors d’un processus de surchauffe appelé emballement thermique.
Les piles à l’état solide tentent de résoudre ces problèmes en remplaçant l’électrolyte liquide par un électrolyte céramique solide, ininflammable et respectueux de l’environnement. Il reste cependant un problème, car l’interface entre l’anode et ce matériau peut être chimiquement instable, ce qui limite la vitesse à laquelle les ions peuvent passer à travers.
Des chercheurs de l’université suédoise Chalmers et de l’université chinoise Xi’an Jiaotong tentent de remédier à ce problème avec leur nouvelle pâte intercalaire.
D’une texture similaire à celle du « beurre du réfrigérateur », la substance se répand sur la surface d’une anode de lithium métallique, formant une couche de transition entre celle-ci et l’électrolyte solide. Elle se compose de nanoparticules du matériau électrolytique – une céramique appelée LAGP – ainsi que d’un liquide ionique (qui est du sel à l’état liquide).
Lorsqu’on l’ajoute à une batterie à l’état solide existante, on constate que la pâte multiplie par dix la densité de courant, qui est définie comme la quantité de charge par unité de temps qui circule dans une unité de surface d’une section transversale choisie.
« Cette couche intermédiaire rend la cellule de la batterie beaucoup plus stable, et donc capable de supporter une densité de courant beaucoup plus élevée », explique Shizhao Xiong, chercheur à Chalmers. « Ce qui est également important, c’est qu’il est très facile d’appliquer la masse molle sur l’anode en lithium métal de la batterie – comme pour étaler du beurre sur un sandwich ».
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202001444
