Des chercheurs de l'Université métropolitaine de Tokyo ont démontré que la spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) peut être un puissant outil non destructif pour étudier les mécanismes de dégradation des batteries au lithium métal à l'état solide. Ils ont étudié des batteries Li métal tout solide à base de céramique préparées par dépôt d'aérosol et chauffage, identifiant l'interface spécifique responsable de la baisse de performance. Publié dans ACS Applied Materials &Interfaces , leur travail met en évidence avec précision les obstacles techniques qui doivent être surmontés pour mettre ces batteries haut de gamme sur le marché.

Les véhicules électriques (VE) sont un élément crucial des efforts déployés dans le monde entier pour réduire les émissions de carbone. Et au cœur de chaque véhicule électrique se trouve sa batterie. La conception de la batterie reste un goulot d'étranglement majeur lorsqu'il s'agit de maximiser l'autonomie et d'améliorer la sécurité du véhicule. L'une des solutions proposées, les batteries au lithium métal à semi-conducteurs, a le potentiel de fournir une densité d'énergie plus élevée, une sécurité et une complexité moindre, mais des problèmes techniques continuent d'entraver leur transition vers les véhicules de tous les jours.

Un problème majeur est la grande résistance interfaciale entre les électrodes et les électrolytes solides. Dans de nombreuses conceptions de batterie, les matériaux de cathode et d'électrolyte sont des céramiques fragiles; il est donc difficile d'avoir un bon contact entre eux. Il y a aussi le défi de diagnostiquer quelle interface pose réellement des problèmes. L'étude de la dégradation des batteries tout-solide au lithium métal nécessite généralement de les ouvrir :cela rend impossible de savoir ce qui se passe pendant le fonctionnement de la batterie.

Une équipe dirigée par le professeur Kiyoshi Kanamura de l'Université métropolitaine de Tokyo a développé des batteries Li-métal à l'état solide avec une résistance interfaciale inférieure en utilisant une technique appelée dépôt par aérosol. Des morceaux microscopiques de matériau de cathode sont accélérés vers une couche de matériau d'électrolyte céramique où ils entrent en collision et forment une couche dense.

Pour surmonter le problème de la formation de fissures lors de la collision, l'équipe a enduit les morceaux de matériau de cathode d'un matériau de "soudure", c'est-à-dire un matériau plus doux à faible point de fusion qui peut être traité thermiquement pour générer un excellent contact entre la cathode nouvellement formée et électrolyte. Leur dernier Li/Li₇ à l'état solide La₃ Zr₂ O₁₂ /LiCoO₂ la cellule offre une capacité de décharge initiale élevée de 128 mAh g ^-1 à 0,2 et 60 °C et maintient une rétention haute capacité de 87 % après 30 cycles de charge/décharge. Il s'agit du meilleur résultat de sa catégorie pour les batteries Li-métal entièrement solides avec des électrolytes en oxyde de céramique, ce qui rend d'autant plus important de bien comprendre comment elles pourraient se dégrader.

Ici, l'équipe a utilisé la spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS), un outil de diagnostic largement utilisé en électrochimie. En interprétant comment la cellule répond aux signaux électriques de fréquence différente, ils pourraient séparer les résistances de la gamme des différentes interfaces de leur batterie. Dans le cas de leur nouvelle cellule, ils ont découvert qu'une augmentation de la résistance entre le matériau de la cathode et la soudure était la principale raison de la dégradation de la capacité de la cellule. Surtout, ils y sont parvenus sans déchirer la cellule. Ils ont également été en mesure de confirmer cela en utilisant la microscopie électronique in situ, identifiant clairement la fissuration de l'interface pendant le cyclage.

Les innovations de l'équipe ont non seulement réalisé une conception de batterie de pointe, mais ont mis en évidence les prochaines étapes pour apporter d'autres améliorations en utilisant une méthode sans dommage et largement disponible. Leur nouveau paradigme promet de nouvelles avancées passionnantes pour les batteries de la prochaine génération de véhicules électriques. + Explorer plus loin

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