Les batteries au lithium, bien que prometteuses pour l’avenir énergétique, sont confrontées à des défis majeurs liés à leur durabilité et à leur sécurité. Les chercheurs recherchent continuellement des solutions pour prolonger la durée de vie des anodes au lithium, un matériau clé pour les batteries de nouvelle génération. Une innovation récente pourrait changer la donne dans ce domaine.
Des chercheurs de l’Institut KAIST ont récemment annoncé des progrès dans la prolongation de la durée de vie utile des anodes au lithium. Leur méthode, développée par le professeur Il-Doo Kim du Département de science et d’ingénierie des matériaux, le professeur Jiyoung Lee de l’Université d’Ajou, repose sur l’utilisation de nanofibres creuses et respectueuses de l’environnement pour protéger les anodes.
Le 2 décembre, l’Institut KAIST, sous la direction du président Kwang Hyung Lee, a révélé que ses travaux avaient stabilisé la croissance du lithium et amélioré considérablement la longévité des batteries au lithium métal.
Les limites des techniques de protection conventionnelles
Les technologies traditionnelles de couche protectrice, qui consistent à appliquer un revêtement sur le lithium pour former une interface artificielle avec l’électrolyte, font souvent appel à des procédés toxiques et à des matériaux coûteux. Ces méthodes n’ont apporté que des améliorations limitées dans la durée de vie des anodes au lithium.
Pour surmonter ces obstacles, l’équipe du professeur Kim a proposé une nouvelle approche avec des nanofibres creuses. Ces nanofibres, fabriquées par un procédé d’électrofilage respectueux de l’environnement, utilisent de la gomme guar, extraite de plantes, comme matériau principal et de l’eau comme seul solvant.
Le procédé d’électrofilage et la gomme guar
L’électrofilage est une technique où des solutions de polymères sont soumises à un champ électrique, permettant de produire des fibres continues dont les diamètres varient de quelques nanomètres à plusieurs micromètres. La gomme guar, polymère naturel composé principalement de monosaccharides, régule les interactions avec les ions lithium grâce à ses groupements fonctionnels oxydés.
La couche protectrice de nanofibres contrôle efficacement les réactions chimiques réversibles entre l’électrolyte et les ions lithium. Les espaces creux dans les fibres empêchent l’accumulation aléatoire d’ions lithium sur la surface métallique, stabilisant ainsi l’interface entre le lithium et l’électrolyte.
Performance et durabilité
Les résultats obtenus avec cette nouvelle couche protectrice sont impressionnants. Les anodes lithium métal ont vu leur durée de vie augmenter de près de 750 % par rapport aux anodes classiques. Les batteries ont conservé 93,3 % de leur capacité après 300 cycles de charge et de décharge, offrant ainsi des performances de classe mondiale.
De plus, les chercheurs ont confirmé que cette couche protectrice naturelle se décompose complètement en un mois environ dans le sol, prouvant ainsi son caractère écologique tout au long de son cycle de vie.
Le professeur Il-Doo Kim a expliqué : « En tirant parti des fonctions de protection physiques et chimiques, nous avons pu guider plus efficacement les réactions réversibles entre le lithium métal et l’électrolyte et supprimer la croissance des dendrites, ce qui a donné lieu à des anodes au lithium présentant des caractéristiques de longévité sans précédent. »
Il a ajouté : « Alors que le fardeau environnemental de la production et de l’élimination des batteries devient une préoccupation croissante en raison de la demande croissante de batteries, cette méthode de fabrication à base d’eau aux propriétés biodégradables contribuera grandement à la commercialisation de nouvelles batteries respectueuses de l’environnement. génération. »
Article : « Surmonter les instabilités chimiques et mécaniques des anodes au lithium métal avec une couche SEI artificielle durable et respectueuse de l’environnement » – DOI : 10.1002/adma.202470373
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