Une équipe de recherche de l’Université des sciences et technologies de Hong Kong (HKUST) a développé une stratégie d’ingénierie d’interface intégrée dynamique qui améliore la densité énergétique et la stabilité des batteries lithium-métal sans anode en reconfigurant les interfaces clés de la batterie. Une cellule pouch utilisant cette stratégie a atteint une énergie spécifique de 467 Wh kg-1, comparable à celle des batteries commerciales conventionnelles. Une pile bouton complète a conservé 90 % de sa capacité après 200 cycles. L’étude ouvre une nouvelle voie vers des batteries de nouvelle génération plus légères et plus durables.
L’étude a été dirigée par le professeur SHAO Minhua, professeur Cheong Ying Chan de génie énergétique et de l’environnement et chef de département et professeur titulaire du Département de génie chimique et biologique (CBE) de l’HKUST. Les autres membres de l’équipe, tous issus du groupe de recherche du professeur Shao au sein du Département de génie chimique et biologique, comprennent les chercheurs postdoctoraux Dr CHEN Yunyi (premier auteur) et Dr LU Siqi, l’ancien chercheur postdoctoral Dr QIAN Xitang, Dr LYU Yuxiang, titulaire d’un doctorat obtenu en 2026, ainsi que les doctorants actuels QIU Yican, ZHOU Siyu et LAN Xinyi.
Le lithium métallique est considéré comme un matériau prometteur pour les batteries de nouvelle génération en raison de sa capacité spécifique théorique élevée et de son faible potentiel de réduction. Les cellules sans anode utilisent un collecteur de courant en cuivre (Cu) nu au lieu d’une anode en lithium métallique, ce qui maximise la densité énergétique et simplifie la fabrication. Cependant, le cuivre conventionnel est lithiophobe, ce qui entraîne un dépôt de lithium non uniforme et la croissance de dendrites. L’interphase électrolyte solide (SEI) qui se forme naturellement est instable, ce qui limite les performances de cyclage et la durée de vie de la batterie.
Pour relever ces défis, l’équipe a introduit un additif AMI, constitué d’ions argent appariés à des anions. L’AMI déclenche de multiples fonctions synergiques à l’intérieur de la batterie : amélioration de la lithiophilie et prévention de la formation de dendrites ; la surface modifiée à l’Ag ancre des espèces dérivées des anions, conduisant à une SEI comportant une couche interne riche en matière organique (OI) et une couche externe riche en matière inorganique (IO) ; les anions libérés déclenchent la polymérisation de l’électrolyte, formant un gel SEI OI-IO quasi solide qui améliore le contact interfacial. Cela permet un transport rapide des ions lithium, améliore considérablement la stabilité de la batterie et contribue en outre à inhiber la croissance des dendrites afin de garantir la sécurité.
Le professeur Shao, auteur correspondant de l’étude, a déclaré : « La clé ne consiste pas simplement à ajouter un sel d’argent ou un initiateur de polymérisation. Notre AMI libère de multiples fonctions grâce à un processus contrôlé après l’assemblage de la cellule, ce qui nous permet de modifier le collecteur de courant, de construire une structure de solvatation dérivée des anions et de former une SEI robuste de type organique interne/inorganique externe en un seul processus intégré. Cela rend le dépôt et le décapage du lithium hautement réversibles dans une configuration sans anode quasi solide, jetant des bases plus solides pour le développement des batteries de nouvelle génération. »
Article : Highly stable quasi-solid-state initially anode-free lithium metal batteries enabled by dynamic integrated interface engineering – Journal : Nature Communications – Méthode : Case study – DOI : Lien vers l’étude
Source : HKUST
