Le fluor pourrait changer l'avenir des batteries lithium-métal

Une équipe de chercheurs du ministère américain de l'énergie pourrait avoir fait une percée dans la technologie du lithium métal, alternative prometteuse au Lithium-ion aujourd'hui très largement utilisé dans l'industrie.

Les batteries alternatives, comme le lithium métal, offrent en effet une densité énergétique jusqu'à deux fois supérieure à celle des batteries lithium-ion qui alimentent aujourd'hui les véhicules électriques à la plus grande autonomie. La promesse d'une plus grande densité énergétique est que les batteries pourraient être plus petites et plus légères, et donc plus efficaces pour alimenter les véhicules électriques.

L'inconvénient est que les batteries lithium-métal ne peuvent offrir une telle densité énergétique que pendant une courte période. Au fur et à mesure qu'elles se chargent et se déchargent, leurs performances se dégradent et leur impressionnante densité disparaît après moins d'une centaine de cycles, ce qui constituerait un gros problème pour la durée de vie des batteries.

Toutefois, une équipe de chercheurs dirigée par Zhengcheng Zhang de la division des sciences chimiques et de l'ingénierie du laboratoire national d'Argonne a trouvé un moyen prometteur d'utiliser le fluor, le même que l'on met dans le dentifrice pour renforcer l'émail, pour aider les batteries au lithium métal à durer plus longtemps !

Ces piles ont une électrode négative (anode) faite de lithium et non de graphite, d'où leur nom. Dans ces piles, les ions se déplacent entre l'anode et la cathode par l'intermédiaire d'un liquide électrolytique. Les électrolytes normaux sont constitués de solvants et de sels contenant du lithium, mais ils ne forment pas une couche protectrice suffisante sur l'anode, ce qui entraîne une dégradation rapide.

La solution de l'équipe de recherche a consisté à remplacer le liquide électrolytique par un liquide contenant des composants fluorés qui sont à la fois chargés négativement (anion) et positivement (cation). Cela permet de protéger le fonctionnement interne de la batterie et de prolonger sa durée de vie.

"La principale différence dans notre nouvel électrolyte est le remplacement des atomes d'hydrogène par du fluor dans la structure en anneau de la partie cation du liquide ionique", explique M. Zhang. "Cela a fait toute la différence pour maintenir des performances élevées pendant des centaines de cycles dans une cellule lithium-métal.é

A l'aide d'un microscope électronique à haute résolution, l'équipe a pu affiner les ratios pour créer une couche protectrice aux qualités idéales. Par ailleurs, le liquide est facile à fabriquer, ce qui le rend bon marché, et il utilise beaucoup moins de solvants que les liquides traditionnels, ce qui le rend également plus respectueux de l'environnement. Par conséquent, il y a de grande chances que cette découverte constitue une avancée majeure pour développer à l'avenir un nouveau type de batteries, moins grosses et moins lourdes...