Les chercheurs de Skoltech et leurs collègues ont montré que LATP, un électrolyte solide envisagé pour une utilisation dans le stockage d'énergie de nouvelle génération, est très sensible à l'eau, ce qui a des implications directes sur les performances et la durée de vie potentielles de la batterie. L'article a été publié dans la revue Chimie des Matériaux .

Bien que les sources d'énergie renouvelables suscitent beaucoup d'intérêt dans le monde entier en raison des technologies vertes et de l'efficacité de conversion élevée, leur intégration reste un défi car les énergies renouvelables sont intrinsèquement cycliques et incohérentes. Comme la nuit succède au jour et le calme succède au vent, le mode veille suit la production d'électricité. Une alimentation électrique aussi intermittente et imprévisible ne peut pas répondre aux attentes des consommateurs, mais il existe une solution pour surmonter cet obstacle :les réseaux de stockage d'énergie. Ces systèmes sont censés collecter l'énergie générée spontanément et la distribuer à la demande, fournissant une alimentation électrique stable et flexible.

Parmi la large gamme de systèmes de stockage d'énergie, les batteries redox-flow semblent être les plus appropriées en raison de leur évolutivité facile, opération, et une puissance de sortie contrôlable. Une batterie à flux redox est, dans un sens, une pile classique retournée :les électrodes sont des liquides (anolyte et catholyte) tandis que l'électrolyte conducteur d'ions est une membrane solide. Les propriétés de cette membrane déterminent les performances finales et la durée de vie de la batterie, les scientifiques envisagent donc divers matériaux, à la fois inorganique et polymérique, qui conviendrait à cet effet.

L'un de ces composés est Li 1.3 Al 0,3 Ti 1.7 (bon de commande 4 ) 3 , ou LATP. Il s'agit d'un matériau conducteur au lithium bien connu appartenant à la famille NASICON (du nom des premiers représentants conducteurs de sodium bien décrits - Na Super Ionic CONductor). Cette famille est définie par une structure cristalline similaire qui détermine sa conductivité ionique élevée.

La conductivité et les caractéristiques structurelles du LATP sont décrites de manière assez détaillée, pourtant sa stabilité dans les facteurs environnementaux ordinaires tels que l'air et l'eau reste mal comprise. Mariam Pogosova du Skoltech Center for Energy Science and Technology et ses collègues ont donc décidé de découvrir si l'eau pure influence les propriétés du LATP.

"LATP a déclenché notre curiosité scientifique. Un conducteur superionique bien connu, Le LATP a un potentiel élevé d'améliorations chimiques et technologiques. Nous connaissions ses limites, telles que de mauvaises propriétés mécaniques (fragilité) et une instabilité vis-à-vis du lithium métallique. Cependant, ces limitations étaient tout à fait acceptables car nous avions prévu de les compenser par la création de matériau composite. Nous avons donc commencé nos expériences, " explique Pogosova.

Des études antérieures du groupe ont montré que les céramiques LATP perdaient de la conductivité de manière assez drastique lorsqu'elles étaient stockées pendant plusieurs jours dans l'air ambiant et dans l'argon. Les chercheurs ont émis l'hypothèse que l'humidité pourrait jouer un rôle clé dans cette dégradation et ont entrepris d'explorer l'exposition du LATP à l'eau.

D'abord, les scientifiques ont synthétisé le LATP par le biais de la réaction originale à l'état solide en deux étapes. Ils ont ensuite mis leurs échantillons dans de l'eau déminéralisée pendant différentes périodes allant jusqu'à 12 heures et ont ensuite effectué des opérations électrochimiques, de construction, analyses chimiques et morphologiques appuyées par une modélisation théorique.

Les expériences ont montré que les céramiques LATP se dégradent significativement au contact de l'eau, perdre jusqu'à 64 % de la conductivité ionique totale après environ deux heures d'exposition. Les scientifiques ont également observé d'autres signes de dégradation :microfissuration, distorsion de la forme du grain, formation de nanoparticules, changements de composition chimique, rétrécissement des cellules unitaires, polyèdres intrastructuraux et changements de déformation. Tout cela les a amenés à conclure que les céramiques LATP sont très sensibles à l'eau et probablement inadaptées à une utilisation dans des batteries à flux redox aqueux.

"Évidemment, l'impact de l'eau est une préoccupation pour les LATP purs et leur adéquation aux systèmes à flux redox, surtout aqueux. Je tiens à souligner que le système eau déminéralisée/LATP analysé dans cette étude ne représente pas les conditions réelles de la batterie à flux redox, car les solutions anolyte/catholyte sont plus complexes. Par conséquent, À ce point, Je n'essaierais pas de prédire l'avenir de LATP. Néanmoins, Je pense que les connaissances fondamentales acquises sont déjà précieuses et applicables :tout type d'eau est désormais clairement une raison d'être sur le qui-vive. Par exemple, maintenant, nous pouvons préserver les performances initiales des céramiques LATP grâce à un simple traitement de séchage et sous vide, ", dit Mariam Pogosova.

Elle note également que, étonnamment, leur recherche est la première étude approfondie et polyvalente de l'impact de l'eau sur le LATP. "Nous prévoyons donc d'autres études afin d'affiner le comportement du LATP dans d'autres médias pour révéler s'il fonctionnera bien dans des conditions de flux redox, " dit Pogosova.