Exploiter toute la puissance électrochimique des batteries lithium-oxygène nécessite un électrolyte plus stable. Des chercheurs du Boston College ont appliqué un électrolyte « eau-dans-sel » qui permet un fonctionnement stable de la batterie lithium-air, offre des durées de vie supérieures à long cycle et présente une plate-forme qui rapproche les batteries lithium-ion de leur plein potentiel, l'équipe rapporte dans le journal Chimie .

Dans un effort pour trouver un système d'électrolyte approprié, l'approche eau-dans-sel de l'équipe n'implique aucun solvant organique. Il se compose de sel de lithium super concentré, connu sous le nom de LiTFSI, dans lequel les molécules d'eau se fixent sur les ions et subissent moins de dégradation au contact des molécules d'oxygène, selon les chercheurs, dirigé par le professeur de chimie du Boston College Dunwei Wang.

Le résultat est un "électrolyte très efficace qui permet des opérations stables de batterie Li-O2 sur la cathode avec des durées de vie supérieures, " rapporte l'équipe dans l'article intitulé " Opérations de batterie Li-O2 cathodiquement stables utilisant un électrolyte eau-dans-sel. " Des expériences ont montré que l'électrolyte permet des opérations stables de batterie lithium-air jusqu'à 300 cycles, le rendant compétitif pour les applications pratiques.

Les batteries lithium-ion fonctionnent par insertion et extraction réversibles d'ions lithium dans et à partir d'un matériau solide, comme l'oxyde de cobalt. Ici, Les batteries lithium-air fonctionnent en formant du peroxyde de lithium pendant la décharge et en décomposant du peroxyde de lithium pendant la recharge.

Malgré plus de deux décennies de recherche, l'amélioration de la technologie des batteries lithium-ion n'a pas atteint le potentiel théorique de stockage d'énergie. En tant que technologie de stockage d'énergie électrochimique, l'amélioration des performances nécessite une stabilité améliorée des électrolytes.

L'équipe a trouvé un moyen de contourner le problème d'instabilité qui découle de l'utilisation de l'eau dans le développement d'électrolytes aqueux.

« Nous avons utilisé une approche peu orthodoxe consistant à utiliser un électrolyte à base d'eau pour les batteries Li-O2, " a déclaré Wang. " Auparavant, l'eau était considérée comme extrêmement mauvaise pour le fonctionnement des batteries Li-O2 car elle favoriserait les réactions chimiques parasites et saperait considérablement la chimie souhaitée. Nous avons découvert que lorsque la concentration en sel est élevée, la plupart des molécules d'eau peuvent être verrouillées afin qu'elles fournissent les bonnes fonctionnalités telles que la conductivité, mais présentent peu de réactions chimiques parasites. »

L'équipe a cherché à surmonter les limitations qui ont entravé les efforts antérieurs pour apprivoiser les réactions chimiques complexes dans les prototypes de batteries lithium-air, dit Wang, qui a mené le projet avec les chercheurs du Boston College Qi Dong, Xiahui Yao, Yanyan Zhao, Miao Qi, Xizi Zhang et Yumin He, et Hongyu Sun de l'Université technique du Danemark.

"Nous avons étudié un nouveau concept de batteries Li-O2, " a déclaré Wang. " Nous avons utilisé une combinaison d'outils d'électrochimie et de caractérisation des matériaux pour mener à bien l'étude. Notre objectif est de permettre stable, fonctionnement de la batterie Li-O2 haute performance."

Wang a déclaré que les chercheurs essaieraient ensuite de s'appuyer sur les résultats pour des applications pratiques de piles à combustible et travailleraient également à réduire le coût de production de l'électrolyte.