Les batteries lithium-ion, essentielles pour les technologies modernes telles que les smartphones et les véhicules électriques, continuent d’évoluer vers des formats plus efficaces et sécurisés. Une équipe de chercheurs de l’Université des sciences et de la technologie de Pohang (Postch) a récemment présenté une méthode innovante pour améliorer leur efficacité grâce à une nouvelle structure, surnommée «Nightmare».
Une nouvelle approche pour les électrolytes de batteries au lithium-ion
Les électrolytes jouent un rôle clé dans les batteries lithium-ion, permettant le transfert d’ions lithium entre l’anode et la cathode. Cependant, la version liquide, utilisée dans les technologies actuelles, présente des risques importants, notamment des fuites et des explosions. Les électrolytes sous forme solide, bien qu’ils offrent une meilleure sécurité, ont jusqu’à présent montré des limites importantes, y compris un compromis difficile entre la conductivité ionique et la résistance mécanique.
C’est dans ce contexte que l’équipe du professeur Park Mun-Jeong a développé une méthode révolutionnaire pour maximiser ces deux propriétés fondamentales. En utilisant une concentration extrêmement faible de sel de lithium – moins d’un dixième de la quantité traditionnellement utilisée – ils ont réussi à créer une structure jusqu’à présent sans précédent.
La structure du «cauchemar du plombier»: une innovation sans précédent
Appelée «Nightmare’s Nightmare», cette structure unique résulte d’un arrangement complexe des canaux polymères. Toutes les extrémités des canaux polymères s’entrelacent vers l’intérieur, formant un réseau de canaux connectés. Cette architecture permet un déplacement efficace et rapide des ions lithium, tout en garantissant une stabilité accrue des électrolytes.
Contrairement aux couches classiques, le «cauchemar du plombier» offre un La conductivité ionique gagne plus de 60 fois. Les ions lithiums empruntent des chemins indépendants des mouvements lents des chaînes polymères, évitant ainsi des goulots d’étranglement d’étranglement traditionnels. De plus, cette configuration réduit la «barrière d’énergie» que les ions doivent traverser pour se déplacer, le rapprochant des niveaux observés dans les électrolytes inorganiques.
Des performances accrues, même à basse température
L’un des résultats les plus impressionnants est la capacité de cette nouvelle structure à maintenir une conductivité efficace, même à basse température. Cette avance est rendue possible grâce à l’utilisation de copolymères de verrouillage, qui concentrent les ions lithium à des emplacements spécifiques des extrémités du polymère. Ce mécanisme maximise les interactions entre les chemins de migration ioniques et la disposition des polymères, offrant ainsi une solution au conflit historique entre la conductivité et la rigidité.
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Perspectives prometteuses pour les batteries de nouvelle génération
Ces résultats, publiés dans la prestigieuse revue scientifique Nano ACSfont partie d’une série de recherches effectuées par l’équipe Post Post. En effet, la structure «Nightmare» du plombier avait été mentionnée dans un article précédent publié dans Science. Le professeur Park a exprimé son optimisme quant à l’impact de ces travaux sur l’avenir des batteries tout à solide. Selon elle, cette approche pourrait marquer un tournant décisif dans le développement de batteries lithium-ion à haute performance.
Vers l’intégration industrielle
En plus des avancées scientifiques, cette technologie ouvre la voie aux applications concrettes dans des secteurs tels que le transport électrique, où la demande dans les batteries sûres et efficaces continue de croître. Grâce à la réduction des barrières énergétiques et à l’optimisation des matériaux, cette méthode pourrait également réduire les coûts de production à long terme, ce qui rend les batteries plus accessibles à l’adoption générale.
L’innovation présentée par des chercheurs Postch représente une avancée remarquable dans le monde des batteries lithium-ion. La structure du «cauchemar du plombier» montre qu’il est possible de combiner l’efficacité, la sécurité et la robustesse, les qualités essentielles pour répondre aux exigences des technologies de demain. Cette découverte pourrait bien redéfinir les normes de performance de la batterie, en ouvrant la voie à une nouvelle ère dans le domaine de l’énergie mobile.
Source de l’article: https://doi.org/10.1021/acsnano.4c13442
