Les chercheurs ont longtemps considéré les batteries au lithium métal comme le « Saint Graal » du stockage d'énergie. Ils ont une densité d'énergie élevée, c'est-à-dire la quantité d'énergie qu'une batterie transporte par rapport à son poids. Cela signifie qu'ils peuvent être rendus plus petits et plus légers, tout en stockant la même quantité d'énergie que plus grand, des batteries plus lourdes fabriquées à partir d'autres matériaux, ou ils peuvent transporter plus d'énergie dans la même batterie de taille.

En emballant plus d'énergie dans une batterie de même taille, un véhicule électrique utilisant des batteries au lithium métal peut rouler plus loin avec une seule charge. En réalité, Les batteries à anode métallique au lithium ont le potentiel de plus que doubler la densité énergétique des batteries actuelles des véhicules électriques. Mais, entre autres améliorations des performances, ils doivent d'abord être rendus plus sûrs à utiliser.

Une équipe de recherche du Pacific Northwest National Laboratory s'est penchée sur les problèmes de sécurité et de performance posés par les batteries au lithium métal grâce au développement d'un nouvel électrolyte. L'électrolyte dans une batterie est la solution chimique qui permet le flux électrique entre l'anode et la cathode. Le nouvel électrolyte est décrit dans l'article "High-Efficiency Lithium Metal Batteries with Fire-Retardant Electrolytes, " Publié dans Joule .

Trouver la « solution » pour prévenir les incendies

Le principal défi de sécurité avec les batteries au lithium métal concerne les pointes ou les brins, appelés dendrites, de lithium qui se développent sur l'anode de la batterie. Les dendrites peuvent drainer la puissance de la batterie, court-circuiter ses circuits internes, et impactent les capacités de recharge de la batterie. Dans certains cas, les dendrites ont spontanément brûlé et pris feu.

Pour réduire ou éliminer ces défis de sécurité et de performance, l'équipe a remplacé les composants d'un électrolyte contenant un sel hautement concentré (lithium bis(fluorosulfonyl)imide) par un matériau inerte ignifuge ou chimiquement inactif, phosphate de triéthyle/bis(2, 2, 2-trifluoroéthyle) éther.

La solution combinée forme des amas de sel hautement concentrés qui recouvrent l'anode d'une couche de dépôts de lithium, éliminer la formation de dendrites et éliminer les problèmes de sécurité.

Un salé, pourtant stable, performance

Le revêtement ne nuit pas aux performances de l'anode au lithium métallique, qui a un rendement élevé (99,2 pour cent).

« La haute performance sûre et stable de cette batterie montre que nous sommes un pas de plus vers l'utilisation de batteries au lithium métal dans des applications pratiques pour les véhicules électriques, " a déclaré Ji-Guang (Jason) Zhang, un expert en batteries et laboratoire Fellow au PNNL. "Ces résultats peuvent également aider au développement de des électrolytes moins chers pour améliorer les performances et la sécurité des autres types de batteries."