Les batteries au lithium-ion devraient jouer un rôle dominant dans les véhicules électriques et d'autres applications dans un avenir proche, mais les matériaux de la batterie, actuellement en utilisation, sont insuffisants en termes de sécurité et de performances et freinent la prochaine génération de batteries hautes performances.

En particulier, le développement de l'électrolyte pose un défi majeur pour les batteries de plus grande puissance adaptées au stockage d'énergie et aux applications automobiles.

À l'École de chimie de l'Université Monash, des scientifiques sous la direction du professeur Doug MacFarlane et du Dr Mega Kar travaillant avec la société locale Calix Ltd ont trouvé des solutions alternatives à ce défi avec une nouvelle chimie.

"Le sel de lithium actuellement utilisé dans les batteries lithium-ion est l'hexafluorophosphate de lithium, qui présente un risque d'incendie et de sécurité ainsi qu'une toxicité, " a déclaré le professeur MacFarlane.

"Dans les petits appareils portables, ce risque peut être partiellement atténué. Cependant, dans une grosse batterie, tels que les véhicules électriques et les systèmes de stockage d'énergie à l'échelle du réseau extérieur, le danger potentiel est beaucoup plus intensifié. Des batteries de tension et de puissance plus élevées sont également sur la planche à dessin mais ne peuvent pas utiliser le sel d'hexafluorophosphate. "

Dans une recherche publiée dans Matériaux énergétiques avancés , les chimistes décrivent un nouveau sel de lithium qui pourrait surmonter les défis de la conception d'électrolytes et remplacer le sel d'hexafluorophosphate.

"Notre objectif a été de développer des sels de fluoroborate sûrs, qui ne sont pas affectés même si nous les exposons à l'air, " a déclaré l'auteur principal de l'étude, le Dr Binayak Roy, également de l'école de chimie de l'Université Monash.

« Le principal défi avec le nouveau sel de fluoroborate était de le synthétiser avec une pureté de qualité batterie, ce que nous avons pu faire par un processus de recristallisation, " il a dit.

"Lorsqu'il est placé dans une batterie au lithium avec des cathodes d'oxyde de manganèse au lithium, la cellule a cyclé pendant plus de 1000 cycles, même après exposition atmosphérique, un exploit inimaginable par rapport au sel hypersensible d'hexafluorophosphate."

Selon le Dr Roy, lorsqu'il est combiné avec un nouveau matériau de cathode dans une batterie au lithium haute tension, cet électrolyte surpasse de loin le sel conventionnel. De plus, le sel s'est avéré très stable sur les collecteurs de courant en aluminium à des tensions plus élevées, comme requis pour les batteries de nouvelle génération.

La recherche est le résultat d'un effort de collaboration au sein du Centre de formation de l'Australian Research Council (ARC) pour les futures technologies de stockage d'énergie (www.storenergy.com.au).

StorEnergy est un centre de formation à la transformation de l'industrie financé par le gouvernement fédéral qui vise à former et à qualifier la prochaine génération de travailleurs au sein de l'industrie énergétique australienne et à promouvoir la collaboration industrie-université.

Directrice de StorEnergy, la professeure Maria Forsyth de l'Université Deakin, a déclaré :« C'est un merveilleux exemple de la façon dont les collaborations industrie-université soutenues par le financement de la recherche gouvernementale peuvent soutenir le leadership de l'Australie dans les technologies de batteries sûres de prochaine génération. »

La recherche a été menée en collaboration avec Calix Ltd., une société basée à Victoria/NSW qui produit des matériaux de batterie à base de manganèse de haute qualité à partir de minéraux d'origine australienne. La recherche aidera Calix à atteindre son objectif de fabrication à grande échelle de batteries Li-ion basées en Australie, visant à déployer des systèmes de stockage d'énergie à l'échelle du réseau en Australie.

Dr Matt Boot-Handford, Le directeur général de la R&D chez Calix a déclaré :« Calix développe une plate-forme technologique pour produire des matériaux de batterie compétitifs en Australie. Nous travaillons en étroite collaboration avec nos partenaires de recherche de Monash et Deakin via StorEnergy pour soutenir le développement de systèmes d'électrolyte compatibles avec les matériaux d'électrode de Calix. Les performances électrochimiques et la stabilité supérieures démontrées par le nouveau système d'électrolyte de l'équipe Monash associé au matériau d'électrode en oxyde de lithium et de manganèse de Calix constituent une étape importante et passionnante qui nous rapproche un peu plus de la réalisation commerciale des batteries dotées des matériaux d'électrode de nouvelle génération Calix.

"Dans un futur proche, nous espérons transformer ces nouveaux anions en anions thermiquement stables, sels liquides ininflammables, ce qui les rend bénéfiques pour les batteries fonctionnant à haute température, " a déclaré le Dr Kar.

« Avec les conditions climatiques actuelles, la conception de telles technologies de batterie avec sécurité et stabilité sera importante pour la mise en œuvre d'une solution énergétique durable à l'échelle du réseau en Australie."