En utilisant un avancé, nouvelle technique de microscopie permettant de visualiser les réactions chimiques se produisant dans des environnements liquides, les chercheurs ont découvert une nouvelle raison pour laquelle les batteries lithium-oxygène, qui promettent jusqu'à cinq fois plus d'énergie que les batteries lithium-ion qui alimentent les véhicules électriques et les téléphones portables, ont tendance à ralentir et à mourir après seulement quelques cycles de charge/décharge. Ils rapportent leurs découvertes dans le journal Nano énergie .

"Ce que nous avons pu constater pour la première fois, c'est que du peroxyde de lithium se développe dans l'électrolyte liquide des batteries lithium-oxygène, et contribue au ralentissement et à la mort ultime de ces batteries, " dit Reza Shahbazian-Yassar, professeur agrégé de génie mécanique et industriel à l'Université de l'Illinois au Chicago College of Engineering et auteur principal de l'article. « C'est une raison nouvellement découverte pour laquelle ces batteries prometteuses ont une telle baisse d'efficacité et de rendement après relativement peu de cycles de charge/décharge. »

Les batteries lithium-oxygène séduisent les chercheurs en batteries depuis des années en raison de leur forte densité énergétique potentielle. Mais elles ont tendance à ralentir et à cesser de fonctionner relativement rapidement par rapport aux autres batteries. L'une des raisons de cette perte de puissance est qu'un sous-produit des réactions chimiques qui se produisent à l'intérieur de la batterie, le peroxyde de lithium, s'accumule sur les électrodes de la batterie. Les électrodes enrobées ne peuvent plus fonctionner efficacement et les réactions chimiques qui produisent de l'énergie s'arrêtent finalement.

Mais maintenant, Shahbazian-Yassar et ses collègues, en utilisant une nouvelle technique de microscopie électronique à transmission développée par les étudiants diplômés en ingénierie de l'UIC Kun He et Yifei Yuan, ont démontré au niveau du nanomètre, que du peroxyde de lithium se forme également dans le composant d'électrolyte liquide de la batterie, ralentir davantage les réactions chimiques.

« Savoir que le peroxyde de lithium s'accumule dans l'électrolyte lui-même est une découverte très importante, " dit Shahbazian-Yassar. " Maintenant, nous pouvons commencer à proposer des idées et des conceptions qui empêchent cela de se produire ou font quelque chose pour maintenir le bon fonctionnement de l'électrolyte afin qu'il n'interfère pas avec le fonctionnement de la batterie, et nous pouvons utiliser la nouvelle technique de microscopie liquide pour voir si nous avançons dans la bonne direction."

Jusque là, les batteries lithium-oxygène n'ont existé que sous forme de prototypes de laboratoire, avec des batteries lithium-oxygène de série à usage public ou commercial encore loin, dit Shahbazian-Yassar. « Il y a de nombreux problèmes qui doivent être surmontés avec les batteries lithium-air avant qu'elles ne puissent être utilisées dans le grand public, mais savoir exactement quels sont les problèmes est un premier pas important vers la commercialisation de ces batteries à densité énergétique extrêmement élevée. »