En concevant un électrolyte solide rigide d'un côté et mou de l'autre, les chercheurs ont fabriqué une batterie lithium-métal qui supprime complètement la formation de dendrites, un risque majeur pour la sécurité qui peut provoquer des incendies et raccourcir la durée de vie de la batterie. Cette conception surmonte également un compromis qui est généralement présent dans ces batteries, en éliminant simultanément la croissance des dendrites et en réduisant la résistance à l'interface électrode/électrolyte. Les méthodes typiques ne peuvent pas atteindre ces deux objectifs en même temps.

Les chercheurs, des Profs. Les groupes de Yu-Guo Guo et Li-Jun Wan de l'Académie des sciences de Chine et de l'Académie des sciences de l'Université de Chine, ont publié un article sur le nouvel électrolyte dans un récent numéro du Journal de l'American Chemical Society .

"Nous avons proposé un électrolyte solide asymétrique, qui peut simultanément répondre aux exigences d'une anode au lithium sans dendrite et d'une faible résistance d'interface dans les batteries solides, " Guo a dit Phys.org .

Comme l'expliquent les chercheurs, le compromis dans les batteries au lithium se produit parce que l'anode au lithium et la cathode ont des exigences qui sont intrinsèquement contradictoires. Alors que l'anode nécessite un électrolyte rigide pour bloquer la croissance des dendrites, il est difficile pour un électrolyte rigide de maintenir un contact suffisant avec la cathode solide, qui crée une interface cathode/électrolyte hautement résistive.

Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont conçu un électrolyte solide asymétrique, dans lequel chaque côté a un type de surface différent. Le côté faisant face à l'anode est un matériau céramique rigide qui appuie contre l'anode de lithium pour décourager la croissance des dendrites. D'autre part, la face tournée vers la cathode est en polymère mou, ce qui permet une forte connexion interfaciale avec la cathode. L'ensemble de l'électrolyte est également très fin, à un peu moins de 36 micromètres.

Dans les essais, les chercheurs ont comparé les batteries avec le nouvel électrolyte à celles avec un électrolyte conventionnel. Après 1750 heures de vélo, ils ont constaté que les batteries avec l'électrolyte conventionnel présentaient des morphologies rugueuses indiquant la formation de dendrites, tandis que ceux avec le nouvel électrolyte n'ont montré aucun changement morphologique même après 3200 heures de cycle, indiquant que la croissance des dendrites a été effectivement éliminée.

Aller de l'avant, les chercheurs s'attendent à ce que les batteries au lithium sans dendrite conduisent à des systèmes de stockage d'énergie qui combinent les densités d'énergie et de puissance élevées des batteries au lithium avec une sécurité améliorée et des durées de vie plus longues grâce à l'élimination de la croissance des dendrites.

"Nous prévoyons de concevoir des cellules de poche avec cet électrolyte solide asymétrique pour atteindre une haute densité énergétique dans les batteries solides, " dit Guo.

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