Des scientifiques chinois réalisent une percée dans la recherche sur les batteries au lithium entièrement solides

Imaginez que la batterie de votre smartphone soit non seulement plus sûre et plus petite, mais qu’elle dure aussi beaucoup plus longtemps avec une seule charge. Ce serait incroyable ! Récemment, une équipe de recherche de l’Institut de bioénergie et de technologie des bioprocédés de Qingdao, de l’Académie chinoise des sciences, a réalisé une nouvelle avancée dans le domaine des batteries au lithium entièrement solides. Cette avancée pourrait potentiellement faire du rêve d’appareils électroniques miniaturisés et durables une réalité. Les résultats ont été publiés le 31 juillet dans la revue universitaire internationale Nature Energy.

Les batteries lithium-ion, qui alimentent les smartphones, les ordinateurs portables et d’autres appareils électroniques, stockent et libèrent généralement de l’énergie à l’aide d’électrolytes liquides. Aujourd’hui, les scientifiques explorent un nouveau type de batterie : la batterie lithium-ion entièrement solide. Contrairement aux batteries classiques, ces batteries utilisent des électrolytes solides au lieu de liquides, ce qui les rend plus sûres et moins sujettes aux fuites ou aux incendies.

Bien que les batteries lithium-ion entièrement solides semblent idéales, leur développement est confronté à plusieurs défis. Le principal problème réside dans la difficulté d‘obtenir une compatibilité chimique et physique parfaite entre les différents matériaux de la cathode de la batterie, ce qui entraîne divers problèmes d‘interface pouvant affecter la densité énergétique et la durée de vie. Pour résoudre ce problème, l‘équipe de recherche a développé un nouveau matériau : un matériau de cathode homogène (Lithium Titanium Germanium Phosphorus Sulfur Selenium, LTGPSSe).

Ce nouveau matériau offre plusieurs avantages par rapport aux matériaux traditionnels :

1. Conductivité élevée : le nouveau matériau présente une conductivité ionique et électronique élevée, dépassant de plus de 1 000 fois celle des matériaux cathodiques classiques (matériaux cathodiques à oxyde stratifié). Cela signifie que même sans additifs conducteurs, la cathode peut effectuer efficacement le processus de charge-décharge, améliorant ainsi considérablement les performances globales de la batterie.

2. Capacité de décharge élevée : la capacité de décharge du nouveau matériau atteint 250 mAh/g, surpassant ainsi les matériaux cathodiques à haute teneur en nickel actuellement utilisés. Cela permet à la batterie de stocker plus d‘énergie pour le même poids ou le même volume, prolongeant ainsi son temps de fonctionnement entre les charges et permettant la conception d‘appareils plus compacts.

3. Faible variation de volume : pendant les cycles de charge et de décharge, le nouveau matériau ne subit qu‘une variation de volume de 1,2 %, soit bien moins que les 50 % observés dans les matériaux traditionnels (matériaux cathodiques à oxyde stratifié). Cette variation de volume minimale contribue à maintenir la stabilité structurelle, prolongeant ainsi la durée de vie de la batterie.

4. Densité énergétique élevée : la densité énergétique des batteries au lithium entièrement solides utilisant ce nouveau matériau atteint 390 Wh/kg, soit 1,3 fois plus élevée que celle des batteries au lithium entièrement solides à cycle long actuellement signalées.

5. Longue durée de vie : les batteries au lithium entièrement solides fabriquées avec ce matériau peuvent atteindre plus de 10 000 cycles avec une longue durée de vie. Même après 5 000 cycles de charge, la batterie conserve 80 % de sa capacité initiale, offrant ainsi une puissance suffisante pendant une période plus longue.

Ces recherches apportent un soutien technologique crucial au développement de dispositifs de stockage d’énergie à haute densité énergétique et à longue durée de vie, fournissant des sources d’énergie sûres et durables pour les véhicules électriques, les réseaux de stockage d’énergie, les équipements en haute mer et dans l’espace lointain. Elles ont également des implications importantes pour le développement de nouveaux systèmes de stockage d’énergie.