Les batteries se chargent et se rechargent – apparemment grâce à une interaction parfaite entre le matériau de l’électrode et l’électrolyte. Cependant, pour un fonctionnement optimal de la batterie, l’interphase d’électrolyte solide (SEI) joue un rôle critical. Les scientifiques des matériaux ont maintenant étudié la nucléation et la croissance de cette couche en détail atomique. Selon l’étude publiée dans la revue Angewandte Chemie, les propriétés des anions et des molécules de solvant doivent être bien équilibrées.



Dans les batteries lithium-ion, le SEI se forme au début du premier processus de demand, lorsqu’un potentiel est appliqué. Les éléments issus de l’électrolyte se déposent sur l’électrode en graphite et forment un revêtement qui recouvre bientôt toute l’électrode. Ce n’est qu’après que cette couche est terminée que les ions lithium positifs peuvent s’intercaler dans l’électrode sans exfolier le matériau de l’électrode.

Qiang Zhang et ses collègues de l’Université Tsinghua, Beijing, Chine, ont maintenant examiné de furthermore près la nucléation et la croissance de l’ESI. L’électrolyte des batteries lithium-ion contient du sel de lithium et un solvant. Les solvants fortement solvants enveloppent le lithium-ion et les anions flottent librement. En revanche, les électrolytes faiblement solvatants permettent une fixation in addition étroite des anions à l’ion lithium. Ici, les anions restent une partie de la coque interne de solvatation.



Cette coquille de solvatation interne doit être retirée du lithium pour permettre la formation et la croissance de SEI. Les chercheurs ont démontré que les anions de la coque interne s’adsorbaient d’abord au niveau de l’électrode fraîche, puis absorbaient deux électrons dans une réaction électrochimique. Ce dernier événement a déclenché la décomposition et la nucléation du SEI. Les auteurs ont conclu que la formation de SEI dépendait principalement de la facilité avec laquelle les anions peuvent saisir les électrons et se décomposer par rapport au solvant.

Les scientifiques ont utilisé des procedures électrochimiques et la microscopie à drive atomique pour étudier la croissance des cristaux jusqu’à l’achèvement de la couche. Ils ont constaté qu’une couche lisse ne se formait qu’à de faibles surtensions. Le solvant a également influencé le surpotentiel. Les auteurs ont également noté que les solvants ayant une forte affinité pour la couche cristalline ne produisaient aucun surpotentiel.

Ils ont conclu que les futures conceptions d’électrodes haute general performance devraient se concentrer davantage sur l’interaction entre les ions négatifs du sel de lithium et du solvant. Pour permettre la development d’un SEI cristallin inorganique homogène, les anions doivent surpasser le solvant ils devraient s’adsorber plus facilement à la surface area de l’électrode et entreprendre des réactions électrochimiques. De plus, les produits de décomposition doivent être solides et insolubles, tout en présentant une certaine affinité pour le solvant, ont déclaré les auteurs.