Dans deux nouvelles études, des scientifiques saoudiens ont réalisé une percée qui pourrait augmenter la puissance et réduire le coût des batteries au lithium-métal en incorporant du nylon dans leur conception.
Outre leurs faibles émissions de dioxyde de carbone, les piles au lithium ont une densité énergétique élevée et sont plus légères que les autres piles. C’est pourquoi elles sont utilisées dans les smartphones suffisamment petits pour tenir dans votre poche et dans les appareils électroniques légers et minuscules qui nous ont permis de voyager dans l’espace.
Il existe deux types de piles au lithium. Les batteries lithium-ion sont plus courantes dans le commerce et sont utilisées dans les ordinateurs portables, les smartphones et d’autres produits ménagers. Les batteries lithium-métal, quant à elles, sont plus denses en énergie et ont des applications plus larges dans la robotique, les transports et d’autres industries. La sécurité et la longévité des piles au lithium-métal empêchent l’exploitation de leur plein potentiel. Leur production et leur fonctionnement font actuellement appel à des matériaux corrosifs et dangereux et entraînent trop de réactions parasites, c’est-à-dire des réactions secondaires qui se traduisent par une baisse des performances et de la sécurité.
Les additifs aident à stabiliser les interfaces des batteries, améliorant ainsi leurs performances. Les études menées par les chercheurs de la KAUST ont montré que le nylon, le même polymère que celui utilisé dans les vêtements, peut être dissous dans une solution de lithium doux pour servir d’additif aux batteries lithium-métal. Il en résulte des batteries lithium-métal plus efficaces, d’une durée de vie plus longue et présentant peu de réactions parasites.
Ainsi, en examinant la chimie des interactions entre le nylon et le lithium, y compris les liaisons moléculaires clés, l’étude montre que le tissu commercial peut être dissous dans des solvants beaucoup plus doux que ce que l’on pensait jusqu’à présent, ce qui permet d’obtenir des performances supérieures pour les batteries.
« Les polymères ont toujours été difficiles à dissoudre dans les électrolytes courants des batteries. Nous avons réalisé une étude intensive des propriétés chimiques et modifié la structure et les interactions de solvatation », explique Zhiming Zhao, chercheur postdoctoral à l’université des sciences King Abduallah (KAUST), auteur de l’étude.
« Mon équipe de recherche se consacre à la mise au point de solutions en matière d’énergie renouvelable et de stockage, telles que des batteries à plus haute densité énergétique et plus sûres, afin d’accélérer l’adoption de la décarbonation dans le Royaume. Cette découverte promet des additifs moins chers et plus sûrs et démontre les avantages de la recherche scientifique fondamentale », a déclaré Husam Alshareef, professeur à la KAUST et président du Centre d’excellence pour les énergies renouvelables et les technologies de stockage (CREST) de la KAUST, qui a dirigé les deux études.
La KAUST a ouvert le CREST en septembre 2023, conformément à sa nouvelle orientation stratégique. Le Royaume investit massivement dans les technologies énergétiques durables, l’Arabie saoudite ayant déclaré qu’elle deviendrait une économie à zéro émission de carbone d’ici 2060.
Légende illustration : Les polymères commerciaux utilisés dans les vêtements contribuent à faire progresser la technologie des batteries. Crédit : Xavier Pita
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