Schéma illustrant la stabilisation d’une batterie entièrement solide à base d’anode lithium-métal via le mécanisme d’électrodéposition inférieur. Crédit : POSTECH
Une percée dans la technologie des batteries entièrement solides avec une nouvelle méthode d’électrodéposition augmente l’efficacité et la durée de vie.
Une équipe de recherche, composée du professeur Soojin Park du Département de chimie, du doctorant Sangyeop Lee de la Division des sciences des matériaux avancés, du Dr Sungjin Cho et de l’étudiant à la maîtrise Hyunbeen Choi du Département de chimie de l’Université des sciences et technologies de Pohang ( POSTECH), ainsi que le Dr Jin Hong Kim et le Dr Hongyeul Bae du POSCO N.EX.T Hub, ont récemment amélioré avec succès les performances et la durabilité des batteries entièrement solides. Cette percée a été rendue possible grâce à la mise en œuvre d’une nouvelle approche connue sous le nom d’électrodéposition par le bas.(1) Leurs recherches ont été publiées dans la revue internationale Petit.
Relever les défis de la sécurité des batteries
Utilisées dans diverses applications telles que les véhicules électriques et les systèmes de stockage d’énergie, les batteries secondaires reposent généralement sur des électrolytes liquides. Cependant, l’inflammabilité des électrolytes liquides présente un risque d’incendie. Cela incite à des efforts de recherche en cours pour explorer l’utilisation d’électrolytes solides et du lithium métallique (Li) dans les batteries entièrement solides, offrant ainsi une option plus sûre.
Lors du fonctionnement des batteries entièrement solides, le lithium est déposé sur une anode et le mouvement des électrons est exploité pour produire de l’électricité. Au cours du processus de charge et de décharge, le lithium métallique subit un cycle de perte d’électrons, de transformation en ion, de récupération d’électrons et d’électrodéposition sous sa forme métallique. Cependant, une électrodéposition aveugle du lithium peut rapidement épuiser le lithium disponible, entraînant une réduction significative des performances et de la durabilité de la batterie.
Innovations dans la protection des anodes
Pour résoudre ce problème, l’équipe de recherche a collaboré avec le POSCO N.EX.T Hub pour développer une couche de protection anodique composée d’un liant fonctionnel (PVA-g-PAA)(2) pour les batteries entièrement solides. Cette couche présente des propriétés de transfert de lithium exceptionnelles, empêchant l’électrodéposition aléatoire et favorisant un processus d’« électrodéposition inférieure ». Cela garantit que le lithium est déposé uniformément à partir du bas de la surface de l’anode.
À l’aide d’un microscope électronique à balayage (MEB), l’équipe de recherche a effectué une analyse qui a confirmé l’électrodéposition et le détachement stables.(3) d’ions lithium. Cela a considérablement réduit la consommation inutile de lithium. Les batteries entièrement solides développées par l’équipe ont également démontré des performances électrochimiques stables sur des périodes prolongées, même avec du lithium métallique aussi fin que 10 micromètres (μm) ou moins.
Le professeur Soojin Park, qui a dirigé la recherche, a exprimé son engagement en déclarant : « Nous avons conçu un système de batterie durable entièrement solide grâce à une nouvelle stratégie d’électrodéposition. » Il a ajouté : « Grâce à des recherches plus approfondies, nous visons à fournir des moyens plus efficaces d’améliorer la durée de vie de la batterie et d’augmenter la densité énergétique. » S’appuyant sur les résultats de cette collaboration, POSCO Holdings prévoit de s’orienter vers la commercialisation d’anodes métalliques au lithium, un matériau essentiel pour la prochaine génération de batteries secondaires.
Remarques
- Électrodéposition
Procédé de dépôt d’un métal sur une électrode immergée dans un électrolyte en faisant passer un courant électrique à travers l’électrolyte - PVA-g-PAA
Poly(alcool vinylique)-greffage-poly (acrylique acide) - Détacher
Se détacher ou se séparer, phénomène par lequel le lithium métal perd des électrons et se transforme en ions lithium.
La recherche a été menée avec le soutien de POSCO Holdings, du ministère du Commerce, de l’Industrie et de l’Énergie et de l’Institut coréen de planification et d’évaluation de technologie industrielle (KEIT).
