Des scientifiques de l'Institut de technologie de Tokyo ont examiné les mécanismes à l'origine de la résistance à l'interface électrode-électrolyte des batteries tout solide. Leurs découvertes aideront au développement de batteries Li-ion bien meilleures avec des taux de charge/décharge très rapides.

La conception et l'amélioration des batteries lithium-ion (Li-ion) sont cruciales pour repousser les limites des appareils électroniques et des véhicules électriques modernes, car les batteries Li-ion sont pratiquement omniprésentes. Scientifiques de l'Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech), dirigé par le professeur Taro Hitosugi, avait déjà signalé un nouveau type de batterie tout solide, également à base d'ions lithium, ce qui a permis de surmonter l'un des problèmes majeurs de ces batteries :une résistance élevée à l'interface entre les électrodes et les électrolytes qui limite la charge/décharge rapide.

Bien que les appareils qu'ils produisaient étaient très prometteurs et étaient bien meilleurs que les batteries Li-ion conventionnelles à certains égards, le mécanisme derrière la résistance d'interface réduite n'était pas clair. Il a été difficile d'analyser les interfaces enterrées dans les batteries tout solide sans endommager leurs couches. Par conséquent, Hitosugi et son équipe de chercheurs ont à nouveau étudié les batteries tout solide pour faire la lumière sur ce sujet. Ils soupçonnaient que la cristallinité (qui indique à quel point un solide est bien ordonné et périodique) à l'interface électrode-électrolyte jouait un rôle clé dans la définition de la résistance d'interface.

Pour le prouver, ils ont fabriqué deux batteries entièrement à l'état solide différentes composées de couches d'électrode et d'électrolyte à l'aide d'une technique de dépôt par laser pulsé. L'une de ces batteries avait vraisemblablement une cristallinité élevée à l'interface électrode-électrolyte, alors que l'autre ne l'a pas fait. La confirmation de cela a été possible en utilisant une nouvelle technique appelée analyse de diffusion par troncature de cristal à rayons X. « Les rayons X peuvent atteindre les interfaces enterrées sans détruire les structures, " explique Hitosugi.

Sur la base de leurs résultats, l'équipe a conclu qu'une interface électrode-électrolyte hautement cristalline entraînait une faible résistance d'interface, produisant une batterie haute performance. En analysant la structure microscopique des interfaces de leurs batteries, ils ont proposé une explication plausible de la résistance accrue des batteries avec des interfaces moins cristallines. Les ions lithium sont collés aux interfaces les moins cristallines, entravant la conductivité ionique. "La fabrication contrôlée de l'interface électrolyte/électrode est cruciale pour obtenir une faible résistance d'interface, " explique Hitosugi. Le développement de théories et de simulations pour mieux comprendre la migration des ions Li sera crucial pour enfin parvenir à des batteries utiles et améliorées pour toutes sortes d'appareils basés sur l'électrochimie.