L'électrolyte liquide ionique ILE (à droite) empêche en grande partie les modifications structurelles sur la cathode NCM88 riche en nickel. Après 1000 cycles, la capacité de la batterie atteint encore 88 pour cent. Crédit :Fanglin Wu et Dr Matthias Künzel, TROUSSE/HIU
Actuellement, Les batteries lithium-ion sont la solution la plus répandue pour l'alimentation électrique mobile. Dans certaines applications, cependant, il atteint ses limites. Ceci est particulièrement vrai pour la mobilité électrique, où des véhicules légers et compacts avec de grandes autonomies sont souhaités. Les batteries lithium-métal peuvent être une alternative. Ils se caractérisent par une densité énergétique élevée, ce qui signifie qu'ils stockent beaucoup d'énergie par masse ou par volume. Toujours, la stabilité est un problème, car les matériaux des électrodes réagissent avec les systèmes électrolytiques conventionnels.
Des chercheurs de l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) et de l'Institut Helmholtz d'Ulm pour le stockage électrochimique de l'énergie (HIU) ont maintenant trouvé une solution. Comme indiqué dans Joule , ils ont utilisé une nouvelle combinaison prometteuse de matériaux. Un pauvre en cobalt, la cathode en couches riche en nickel (NCM88) atteint une densité d'énergie élevée. Avec l'habituellement appliqué, électrolyte organique disponible dans le commerce (LP30), cependant, la stabilité laisse beaucoup à désirer. La capacité de stockage diminue avec l'augmentation du nombre de cycles. Professeur Stefano Passerini, Directeur de HIU et Responsable du Groupe Electrochimie pour Batteries, explique la raison :« Dans l'électrolyte LP30, les particules se fissurent sur la cathode. A l'intérieur de ces fissures, l'électrolyte réagit et endommage la structure. En outre, une épaisse couche moussue contenant du lithium se forme sur l'anode." Pour cette raison, les scientifiques ont utilisé un non volatile, peu inflammable, électrolyte liquide ionique (ILE) à double anion à la place. "Avec l'aide de l'ILE, les modifications structurelles sur la cathode riche en nickel peuvent être réduites de manière significative, ", déclare le Dr Guk-Tae Kim du groupe Electrochimie pour les batteries de HIU.
Capacité 88 pour cent après 1000 cycles
Les résultats :La batterie lithium-métal avec la cathode NCM88 et l'électrolyte ILE atteint une densité d'énergie de 560 wattheures par kilogramme (Wh/kg)—sur la base du poids total des matériaux actifs. Sa capacité de stockage initiale est de 214 milliampères heures par gramme (mAh g
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) du matériau cathodique. Après 1000 cycles, 88 pour cent de la capacité sont conservés. L'efficacité coulombienne moyenne, c'est à dire., le rapport entre la capacité de décharge et la capacité de charge, est de 99,94 %. Comme la batterie se caractérise par une haute sécurité, les chercheurs ont fait un pas important vers une mobilité neutre en carbone.