Batteries au lithium-métal, une solution explosive à un vieux problème

Batteries au lithium-métal, une solution explosive à un vieux problème

L’essor des téléphones, ordinateurs portables et autres appareils personnels au cours des dernières décennies a été rendu possible par la batterie lithium-ion (Li-ion). Cependant, face aux exigences du changement climatique nécessitant des batteries plus puissantes pour les véhicules électriques et le stockage d’énergie renouvelable à grande échelle, la technologie lithium-ion pourrait ne pas suffire.

Les batteries au lithium-métal

Les batteries au lithium-métal (LMBs) ont des capacités théoriques d’un ordre de grandeur supérieur à celles du lithium-ion, mais une explosion plus littérale a entravé la recherche pendant des décennies.

« Un défi qui a encore condamné la première vague de commercialisation des LMB à la fin des années 1980 était leur propension à exploser », a écrit le professeur Chibueze Amanchukwu de l’École de génie moléculaire Pritzker de l’Université de Chicago dans une étude récente.

Une solution pour un vieux problème

L’étude, publiée dans Matter, décrit une solution à ce problème vieux de plusieurs décennies, en utilisant des sels fondus inorganiques sans solvant pour créer des batteries denses en énergie et sûres, ouvrant de nouvelles possibilités pour les véhicules électriques et le stockage d’énergie renouvelable à grande échelle.

« Nous avons développé un système non inflammable, non volatil qui est sûr et peut en fait améliorer les densités d’énergie de 2x (par rapport à Li-ion) », a ajouté le professeur Amanchukwu.

Le défi de la température

Le défi était de trouver une température où le sel de lithium fond, mais le métal de lithium utilisé ailleurs dans la batterie ne le fait pas. Pour donner une idée de l’ampleur de la tâche, le chlorure de lithium pur fond à un peu plus de 600° C.

Le métal de lithium fond à 180° C, ce qui signifie que tout électrolyte de sel fondu utile devrait avoir un point de fusion beaucoup plus bas. Les scientifiques ont créé un sel qui fond à 45° C, ce qui donne une batterie puissante qui peut fonctionner en toute sécurité à 80-100° C.

En synthèse

Le groupe de chercheurs continue de travailler sur des compositions de sel avec des points de fusion encore plus bas, avec pour objectif final une batterie au lithium-métal puissante qui fonctionnera en toute sécurité à température ambiante.

« Comment pouvez-vous descendre cela à 25° C ou 30° C ? D’un point de vue de recherche et appliqué, il y a beaucoup d’excitation là-bas », a conclu Chibueze Amanchukwu. « Nous avons l’opportunité de créer une batterie très impactante qui aide à résoudre un défi mondial clé – le stockage de l’énergie ».

Pour une meilleure compréhension

1. Qu’est-ce que les batteries au lithium-métal (LMBs) ?

Les batteries au lithium-métal sont des batteries qui ont des capacités théoriques bien supérieures à celles du lithium-ion. Cependant, leur développement a été entravé par des problèmes de sécurité, notamment leur propension à exploser.

2. Quelle est la solution proposée par l’étude de l’Université de Chicago ?

L’étude propose d’utiliser des sels fondus inorganiques sans solvant pour créer des batteries denses en énergie et sûres. Cela ouvre de nouvelles possibilités pour les véhicules électriques et le stockage d’énergie renouvelable à grande échelle.

3. Quel est le défi de la T° dans le développement des batteries au lithium-métal ?

Le défi est de trouver une température où le sel de lithium fond, mais le métal de lithium utilisé ailleurs dans la batterie ne le fait pas. L’équipe de recherche a créé un sel qui fond à 45° C, ce qui permet à la batterie de fonctionner en toute sécurité à 80-100° C.

4. Quel est l’objectif final de cette recherche ?

L’objectif final est de créer une batterie au lithium-métal puissante qui fonctionnera en toute sécurité à température ambiante. Cela nécessite de développer des compositions de sel avec des points de fusion encore plus bas.

5. Quel est l’impact potentiel de cette recherche ?

Cette recherche a le potentiel de créer une batterie très impactante qui aide à résoudre un défi mondial clé – le stockage de l’énergie. Cela pourrait transformer l’industrie des véhicules électriques et du stockage d’énergie renouvelable à grande échelle.

Principaux enseignements

Enseignements
Les batteries au lithium-métal ont des capacités théoriques supérieures à celles du lithium-ion.
Les batteries au lithium-métal ont eu des problèmes de sécurité, notamment leur propension à exploser.
L’étude propose d’utiliser des sels fondus inorganiques sans solvant pour créer des batteries sûres et denses en énergie.
L’équipe de recherche a créé un sel qui fond à 45° C, permettant à la batterie de fonctionner en toute sécurité à 80-100° C.
L’objectif final est de créer une batterie au lithium-métal qui fonctionnera en toute sécurité à température ambiante.
Cette recherche a le potentiel de résoudre un défi mondial clé – le stockage de l’énergie.

Références

Université de Chicago, École de génie moléculaire Pritzker, Professeur Chibueze Amanchukwu, Étude publiée le 9 novembre dans Matter

Article : “Low melting alkali-based molten salt electrolytes for solvent-free lithium metal batteries” – DOI: 10.1016/j.matt.2023.10.017

[ Rédaction ]

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