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Les chercheurs du NanoBio Lab (NBL) d'A*STAR ont conçu un électrolyte semi-solide pour les batteries lithium-soufre qui améliore leur sécurité sans compromettre leurs performances. Cette percée prometteuse ouvre la voie à l'utilisation des batteries lithium-soufre comme solutions d'alimentation efficaces dans diverses applications électroniques et de stockage d'énergie.
La sécurité est un enjeu important qui entrave l'utilisation des batteries au lithium par l'industrie, en raison de leurs électrolytes organiques liquides hautement inflammables qui fuient facilement, et leur recours à des séparateurs d'électrodes thermiquement et mécaniquement instables. Alors que les électrolytes à l'état solide ont montré un potentiel pour améliorer le profil de sécurité des batteries au lithium, leur mauvais contact électrode/électrolyte et leur conductivité ionique limitée ont entraîné d'importants goulots d'étranglement de conductivité et de faibles performances.
le professeur Jackie Y. Ying, qui dirige l'équipe de recherche NBL a partagé, "Les électrolytes hybrides quasi-solides comprenant à la fois des composants liquides et solides sont apparus comme un compromis pratique pour obtenir des batteries plus sûres tout en conservant de bonnes performances. Cependant, la résistance élevée du composant solide a jusqu'à présent limité les performances de telles batteries. Pour surmonter cela, nous avons repensé la microstructure du composant solide. Notre solution élimine les fuites d'électrolyte, et est thermiquement et mécaniquement stable."
L'équipe de recherche NBL a conçu un électrolyte hybride quasi solide, qui comprend une membrane poreuse imprégnée de liquide en Li
LLZO a été choisi pour sa conductivité ionique élevée, et une bonne stabilité chimique et électrochimique. La structure non rigide de l'électrolyte lui permet de maintenir un très bon contact avec les électrodes et l'empêche de se fissurer lors de la manipulation et du montage de la batterie. Cela se traduit par des batteries plus sûres avec de meilleures performances. L'électrolyte semi-solide de NBL est également stable sur une large plage de tension, lui permettant d'être utilisé avec différents matériaux d'électrode de batterie au lithium, y compris les cathodes haute tension.
Une batterie lithium-soufre fabriquée à l'aide du nouvel électrolyte de NBL a montré une capacité élevée, capacité de charge/décharge rapide, et un contrôle de navette polysulfure intéressant qui stabilise les performances de la batterie. Dans les essais, le nouvel électrolyte a atteint une capacité de débit remarquable (~515 et ~340 mAh/g à 1 et 2C, respectivement) à 1,5 mg/cm 2 densité de chargement. Il s'agit de l'une des performances connues les plus élevées atteintes par les batteries quasi-solides hybrides lithium-soufre.
Le professeur Ying a dit :« Notre cadre à base de feuilles 3D s'est avéré crucial pour des performances optimales de la batterie. De plus, notre système a démontré une stabilité exceptionnelle sous des températures extrêmes. Ces résultats illustrent l'excellent potentiel de notre structure à base de feuilles comme cadre pour d'autres batteries au lithium semi-solide. »
L'équipe NBL développe un nouveau lithium-ion, les batteries lithium-soufre et lithium-solide en vue de leur commercialisation.
Méthode de synthèse "Cupcake" en une étape
Les précurseurs métalliques et le saccharose sont dissous dans de l'eau et placés dans un four préprogrammé.
A l'intérieur du four :
