Une équipe en ingénierie des polymères a publié dans Advanced Materials un électrolyte tricouche inspiré des moules. Capable de limiter les dendrites, il conserve plus de 80 % de capacité après 1 000 cycles.
L’étude décrit une architecture d’électrolyte inspirée des protéines adhésives que les moules utilisent pour s’accrocher aux rochers. L’équipe dirigée par le professeur Mincheol Chang, au département d’ingénierie des polymères, a mis au point une membrane à trois couches. Les couches externes souples reposent sur une matrice PEO/LiTFSI. La couche centrale rigide contient des particules céramiques LLZO enrobées de polydopamine.
Architecture de la membrane
« Inspirée par les protéines adhésives naturelles que les moules utilisent pour s’accrocher aux rochers, notre composite tricouche intègre des charges céramiques chimiquement actives associées à un copolymère tribloc flexible, ce qui permet d’améliorer à la fois la conductivité ionique et la résistance mécanique », a déclaré le professeur Chang.
Les couches externes souples assurent un contact étroit avec les électrodes et servent de canaux de transport pour les ions lithium. La partie centrale rigide freine la croissance dendritique. Résultat : une conductivité ionique près de quatre fois supérieure à celle du PEO pur et un nombre de transfert du lithium de 0,81.
Les performances en cyclage
- Conductivité ionique : près de quatre fois celle du PEO pur
- Nombre de transfert du lithium : 0,81
- Capacité mesurée : 133,6 mAh/g
- Rétention : supérieure à 80 % après 1 000 cycles
- Stabilité : plus de 1 000 heures sans dendrites
Pour une batterie de 5 000 mAh, la conception nécessiterait 37,5 grammes de matière active, contre 65 à 80 grammes pour les accumulateurs de smartphones actuels. Une cellule test a continué d’alimenter une LED pliée en deux et partiellement découpée, signalant un possible usage dans l’électronique flexible et portable.
Un intérêt pour les accumulateurs
Les batteries lithium-métal remplacent le graphite par du lithium pur, avec une densité d’énergie théorique jusqu’à dix fois supérieure à celle des cellules lithium-ion classiques. La formation de dendrites, dépôts cristallisés capables de provoquer un court-circuit puis un emballement thermique, a maintenu les accumulateurs lithium-métal au stade laboratoire. L’électrolyte tricouche apporte une réponse mécanique et chimique à l’instabilité.
« Notre électrolyte est conçu pour les batteries lithium-métal de prochaine génération, qui pourront permettre une plus grande autonomie aux véhicules électriques, des batteries plus sûres, des appareils électroniques flexibles et portables, ainsi qu’un stockage d’énergie sur réseau à longue durée de vie », précise le professeur Chang.
La technologie en est encore au stade expérimental, et son déploiement commercial nécessiterait des étapes supplémentaires de mise à l’échelle et de tests
