Une batterie au lithium à l’état solide qui peut être chargée et déchargée au moins 10 000 fois

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D’après pv magazine International

Des chercheurs de l’Université américaine d’Harvard affirment avoir développé une batterie lithium-métal à semi-conducteurs avec une stabilité améliorée et une capacité accrue à empêcher la pénétration de dendrite de lithium (Li). « Nos recherches montrent que la batterie à semi-conducteurs pourrait être fondamentalement différente de la batterie lithium-ion à électrolyte liquide du commerce, a déclaré le chercheur Xin Li. En étudiant leur thermodynamique fondamentale, nous pourrions débloquer des performances supérieures et exploiter leurs nombreuses opportunités ».

Selon les scientifiques, qui ont publié leurs travaux dans l’étude « A dynamic stability design strategy for lithium metal solid state batteries », publiée dans la revue Nature, la batterie peut ainsi être chargée et déchargée au moins 10 000 fois à haute densité de courant. Sa conception multicouche est décrite comme une structure dans laquelle un électrolyte moins stable est pris en sandwich entre des électrolytes solides plus stables capables d’empêcher toute croissance de dendrite de lithium. Cette architecture a ensuite été combinée avec un matériau cathodique commercial à haute densité d’énergie.

Schéma du fonctionnement de la batterie.

Visuel : Université d'Harvard

« Pensez à la batterie comme à un sandwich BLT, vulgarise le groupe de Harvard. Vient d’abord le pain (l’anode au lithium métal), suivi de la laitue (une couche de graphite). Ensuite, une couche de tomates (le premier électrolyte) et une couche de bacon (le deuxième électrolyte). Terminez-le avec une autre couche de tomates et le dernier morceau de pain (la cathode) ». Le premier électrolyte, que les universitaires ont désigné sous le nom chimique Li5.5PS4.5Cl1.5, ou LPSCI, est plus stable avec le lithium mais sujet à la pénétration de dendrite. En revanche, le second, baptisé Li10Ge1P2S12, ou LGPS, est plus immunisé contre les dendrites bien qu’il soit moins stable avec le lithium. Dans cette configuration, les dendrites peuvent passer à travers le graphite et le premier électrolyte mais sont arrêtées juste avant le second.

« Les performances de cyclage de l’anode au lithium métal associée à une cathode LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 sont très stables, avec une rétention de capacité de 82 % après 10 000 cycles », ont souligné les universitaires. « Notre conception permet également une puissance spécifique de 110,6 kilowatts par kilogramme et une énergie spécifique jusqu’à 631,1 wattheures par kilogramme au niveau du matériau de la cathode de la taille du micromètre ».

La batterie, selon les universitaires, a également des propriétés d’auto-guérison, car elle devrait pouvoir combler les trous créés par les dendrites. Ses créateurs affirment qu’il a le potentiel de recharger les véhicules électriques en 10 à 20 minutes.

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