Électrolytes solides : une alternative sérieuse aux batteries lithium-ion

La recherche pour des solutions plus sûres et plus efficaces de stockage d’énergie vient de faire un pas significatif. Des scientifiques japonais ont mis en place un cadre conceptuel pour mieux comprendre les relations entre la structure et les performances des électrolytes solides dans les batteries. Voici un aperçu de leur étude.

Les batteries lithium-ion dominent aujourd’hui divers domaines allant des téléphones portables aux véhicules électriques. Néanmoins, ces batteries présentent des inconvénients majeurs, tels que l’utilisation de matériaux rares et coûteux et un certain degré d’instabilité en raison de leurs électrolytes liquides.

À l’inverse, les batteries à électrolytes solides offrent une meilleure densité énergétique et une plus grande sécurité. Cependant, les défis liés à leur conception et à leur performance demeurent élevés.

Une étude pour aller au-delà des limitations

Des chercheurs de l’Université de Tohoku, affiliés au WPI-AIMR et à l’Institut pour la Recherche sur les Matériaux, ont récemment publié une étude dans le journal Chemistry of Materials. Ils ont développé un cadre pour prédire comment la structure des électrolytes solides peut influer sur la performance d’une batterie.

Le développement de dispositifs de stockage d’énergie prometteurs est essentiel pour assurer un avenir durable », a déclaré Hao Li, professeur associé au WPI-AIMR, coauteur de la publication. « Au cours des dernières décennies, de nombreuses tentatives pour trouver des électrolytes de batterie « au-delà du lithium » ont été rapportées et, en particulier, les électrolytes d’hydrure complexe divalent de type closo (CTCH) sont des alternatives précieuses pour surmonter les limites de sécurité et de densité d’énergie de la technologie lithium-ion.« 

Comprendre les électrolytes complexes

Les électrolytes à base de hydride complexe closo de type divalent (CTCH) se sont révélés être des alternatives précieuses pour surmonter les limitations des technologies lithium-ion.

Leur recherche, qui combine un algorithme génétique avec une modélisation computationnelle, a permis de prédire l’effet de l’ajout de molécules neutres à la structure des électrolytes CTCH.

« Sur la base de ces résultats, nous avons développé des relations structure-performance robustes qui peuvent prédire avec précision la performance des CTCH divalents et identifier les facteurs clés qui affectent la conductivité ionique« , a déclaré M. Li. « Cette étude ouvre une nouvelle voie pour la construction d’une image précise de la structure et de la performance de matériaux complexes à partir d’informations quasi nulles.« 

Prochaines étapes

Les chercheurs envisagent maintenant de concevoir et de sélectionner des électrolytes performants et économiques, ainsi que d’appliquer leur cadre à d’autres classes d’électrolytes solides.

En synthèse

L’équipe de recherche de l’Université de Tohoku a réussi à établir un lien entre la structure des électrolytes solides et la performance des batteries. Ce cadre offre une nouvelle perspective pour le développement de batteries plus sûres et plus efficaces.

Pour une meilleure compréhension

Quels sont les inconvénients des batteries lithium-ion ?

Elles nécessitent des matériaux rares et coûteux et ont des électrolytes liquides qui peuvent être instables.

Qu’est-ce qu’un électrolyte solide ?

C’est un composé qui permet la conduction ionique sans phase liquide, offrant une meilleure densité énergétique et une plus grande sécurité.

Qu’est-ce que le CTCH ?

C’est un type d’électrolyte solide qui peut être une alternative aux technologies lithium-ion.

Comment les chercheurs ont-ils mené leur étude ?

Ils ont utilisé un algorithme génétique et une modélisation computationnelle pour prédire les performances des électrolytes solides.

Quelles sont les prochaines étapes de cette recherche ?

La conception et la sélection d’électrolytes performants et économiques, ainsi que l’application du cadre à d’autres classes d’électrolytes solides.

« Explore the Ionic Conductivity Trends on B12H12 Divalent Closo-Type Complex Hydride Electrolytes » – Auteurs: Egon Campos dos Santos, Ryuhei Sato, Kazuaki Kisu, Kartik Sau, Xue Jia, Fangling Yang, Shin-ichi Orimo, and Hao Li – Journal: Chemistry of Materials
DOI: 10.1021/acs.chemmater.3c00975