un-nouveau-matériau-pour-des-batteries-plus-efficaces

Les batteries au lithium d’aujourd’hui utilisent généralement un électrolyte liquide pour transporter les ions entre les deux électrodes, mais des scientifiques qui s’intéressent aux alternatives solides voient des possibilités intéressantes à venir. Parmi eux, les auteurs d’une nouvelle étude ont utilisé la cellulose dérivée du bois comme base de l’un de ces électrolytes solides, qui est mince comme du papier et peut se plier et fléchir pour absorber les contraintes lors des cycles de cette batterie.

Des électrolytes solides

L’un des inconvénients des électrolytes utilisés dans les batteries au lithium actuelles est qu’ils contiennent des liquides volatils qui présentent un risque d’incendie en cas de court-circuit de l’appareil et peuvent favoriser la formation de dendrites qui compromettent leurs performances. Les électrolytes solides, quant à eux, peuvent être fabriqués à partir de matériaux ininflammables, rendent le dispositif moins sujet à la formation de dendrites et pourraient ouvrir des possibilités entièrement nouvelles en matière d’architecture de batterie.

L’une de ces possibilités concerne l’anode, l’une des deux électrodes, qui, dans les batteries actuelles, est constituée d’un mélange de graphite et de cuivre. Certains scientifiques considèrent les électrolytes solides comme un tremplin essentiel pour faire fonctionner les batteries avec une anode faite de lithium métal pur, ce qui pourrait contribuer à éliminer le goulot d’étranglement de la densité énergétique et permettre aux voitures et aux avions électriques de parcourir de plus grandes distances sans être rechargés.

Ils ont utilisé des nanofibrilles de cellulose

Les scientifiques de l’université de Brown et de l’université du Maryland ont cherché une alternative à ce problème de dendrites, d’électrolyte liquide et ont utilisé les nanofibrilles de cellulose présentes dans le bois comme point de départ.

Ces tubes de polymères dérivés du bois ont été combinés avec du cuivre pour former un conducteur d’ions solide présentant une conductivité similaire à celle de la céramique et entre 10 et 100 fois supérieure à celle des autres conducteurs d’ions. Selon l’équipe, cela s’explique par le fait que l’ajout de cuivre crée de l’espace entre les chaînes de polymères de cellulose pour la formation de « meilleurs conducteurs ioniques », permettant aux ions de lithium de se déplacer avec une efficacité record.

« En incorporant du cuivre à des nanofibrilles de cellulose unidimensionnelles, nous avons démontré que la cellulose, normalement isolée des ions, offre un transport plus rapide des ions lithium au sein des chaînes de polymères », a déclaré l’auteur de cette étude, Liangbing Hu. « En fait, nous avons constaté que ce conducteur ionique a atteint une conductivité ionique record parmi tous les électrolytes de polymères solides. »

Et comme ce matériau est mince comme du papier et flexible, les scientifiques pensent qu’il tolérera mieux les contraintes liées au cycle des batteries. Ils affirment également qu’il possède la stabilité électrochimique nécessaire pour accueillir une anode en lithium-métal et des cathodes à haute tension, ou qu’il pourrait servir de matériau liant pour encastrer des cathodes ultra-épaisses dans des batteries à haute densité.

Une conductivité ionique record

« Les ions de lithium se déplacent dans cet électrolyte solide organique par des mécanismes que l’on trouve généralement dans les céramiques inorganiques, ce qui permet d’atteindre une conductivité ionique record », explique Yue Qi, auteur de cette étude. « L’utilisation des matériaux fournis par la nature permettra de réduire l’impact global de la fabrication des batteries sur notre environnement. »

Cette recherche a été publiée dans Nature.

Source : Brown University
Crédit photo : StockPhotoSecrets