En ce qui concerne la sauce spéciale des piles, des chercheurs du laboratoire national du Pacifique Nord-Ouest du ministère de l'Énergie ont découvert que tout dépend de la concentration en sel. En obtenant la bonne quantité de sel, là où ils le veulent, ils ont démontré qu'une petite batterie lithium-métal peut se recharger environ sept fois plus que les batteries à électrolytes conventionnels.

La solution d'électrolyte d'une batterie transporte les atomes chargés entre les électrodes pour générer de l'électricité. Trouver une solution d'électrolyte qui ne corrode pas les électrodes dans une batterie lithium-métal est un défi mais l'approche du PNNL, publié en ligne dans Matériaux avancés , crée avec succès une couche protectrice autour des électrodes et atteint des cycles de charge/décharge considérablement augmentés.

Électrolytes conventionnels utilisés dans les batteries lithium-ion, qui alimentent les appareils électroniques domestiques comme les ordinateurs et les téléphones portables, ne conviennent pas aux batteries lithium-métal. Les batteries lithium-métal qui remplacent une électrode en graphite par une électrode au lithium sont le « Saint Graal » des systèmes de stockage d'énergie car le lithium a une plus grande capacité de stockage et, donc, une batterie lithium-métal a une capacité de stockage double ou triple. Cette puissance supplémentaire permet aux véhicules électriques de rouler plus de deux fois plus longtemps entre les charges.

L'ajout de plus de sel à base de lithium au mélange d'électrolyte liquide crée une interface plus stable entre l'électrolyte et les électrodes qui, à son tour, affecte la durée de vie de la batterie. Mais cette forte concentration de sel s'accompagne d'inconvénients distincts, notamment le coût élevé du sel de lithium. La concentration élevée augmente également la viscosité et diminue la conductivité des ions à travers l'électrolyte.

« On essayait de conserver l'avantage de la forte concentration en sel, mais compenser les inconvénients, " dit Ji-Guang " Jason " Zhang, un chercheur senior en batteries au PNNL. "En combinant un solvant à base de fluor pour diluer l'électrolyte à haute concentration, notre équipe a pu réduire considérablement la concentration totale de sel de lithium tout en conservant ses avantages."

Dans ce processus, ils ont pu localiser les fortes concentrations de sel à base de lithium dans des "amas" qui sont encore capables de former des barrières protectrices sur l'électrode et d'empêcher la croissance de dendrites—microscopiques, fibres en forme de broches, qui provoquent un court-circuit des batteries rechargeables et limitent leur durée de vie.

L'électrolyte en instance de brevet de PNNL a été testé dans l'installation de batterie avancée de PNNL sur une cellule de batterie expérimentale de taille similaire à une batterie de montre. Il a pu conserver 80 % de sa charge initiale après 700 cycles de décharge et de recharge. Une batterie utilisant un électrolyte standard ne peut maintenir sa charge que pendant environ 100 cycles.

Les chercheurs testeront cet électrolyte localisé à haute concentration sur des batteries « poche » développées au laboratoire, qui sont la taille et la puissance d'une batterie de téléphone portable, pour voir comment il se comporte à cette échelle. Ils disent que le concept d'utilisation de ce nouveau diluant à base de fluor pour manipuler la concentration en sel fonctionne également bien pour les batteries sodium-métal et autres batteries métalliques.

Cette recherche fait partie du Consortium Battery500 dirigé par le PNNL qui vise à développer de plus petits, briquet, et des batteries moins chères qui triplent presque l'énergie spécifique trouvée dans les batteries qui alimentent les voitures électriques d'aujourd'hui. L'énergie spécifique mesure la quantité d'énergie contenue dans une batterie en fonction de son poids.