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Une équipe codirigée par des ingénieurs de l’université de Californie à San Diego a mis au point une nouvelle stratégie de conception pour les électrodes négatives en alliage métallique qui pourrait améliorer considérablement les performances et la durabilité des batteries à semi-conducteurs de nouvelle génération. Ces travaux pourraient contribuer à faire progresser la mise au point d’un système de stockage d’énergie pratique et performant pour les véhicules électriques.
L’équipe s’est concentrée sur les électrodes négatives en alliage lithium-aluminium. Elle a étudié la façon dont les ions lithium se déplacent à travers les différentes phases du matériau (une phase « bêta » riche en lithium et une phase « alpha » pauvre en lithium) et comment ces phases influencent les performances de la batterie. En ajustant le rapport lithium/aluminium, les chercheurs ont pu contrôler la distribution de la phase bêta de l’alliage.
Ils ont découvert qu’augmenter la proportion de la phase bêta améliorait considérablement le mouvement du lithium dans l’alliage métallique, en fournissant des voies permettant aux ions lithium de se diffuser jusqu’à dix milliards de fois plus rapidement que dans la phase alpha. La phase bêta a également permis d’obtenir des structures d’électrodes plus denses et plus stables, ainsi que des canaux de diffusion du lithium améliorés entre l’électrode et l’électrolyte solide.
Lors des tests, les batteries équipées d’électrodes en alliage lithium-aluminium enrichi en phase bêta ont affiché des taux de charge-décharge élevés et ont conservé leur capacité pendant plus de 2 000 cycles.
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Il s’agit de la première étude établissant une corrélation entre la distribution de la phase bêta et le comportement de diffusion du lithium dans les alliages lithium-aluminium, ont noté les chercheurs. Ces résultats pourraient orienter la conception de futures électrodes à base d’alliages offrant une densité énergétique plus élevée, des temps de charge plus rapides et une durée de vie plus longue.
L’étude, publiée dans Nature Communications, a été menée par Zheng Chen et Yuju Jeon, chercheurs à la Jacobs School of Engineering de l’université de Californie à San Diego. Parmi les collaborateurs de l’étude figurent des chercheurs de l’université de Californie à Irvine, de l’université de Californie à Santa Barbara et de LG Energy Solution. Ce travail a été soutenu par LG Energy Solution-U.C. San Diego Frontier Research Laboratory.
Article : « Lithium diffusion-controlled Li-Al alloy negative electrode for all-solid-state battery » – DOI : 10.1038/s41467-025-64386-y
