Marie Rousseau
Les recherches menées par le groupe Vilas Pol Vitality Analysis (ViPER) de l’Université Purdue sont prometteuses pour le développement de batteries lithium-métal rechargeables à haute densité d’énergie et la résolution de l’instabilité d’oxydation électrochimique des électrolytes à foundation d’éther.
La recherche a été publiée dans le numéro du 10 février de Mother nature Communications, une revue scientifique à comité de lecture en libre accès publiée par Nature Portfolio. Zheng Li, assistant de recherche diplômé à la Davidson Faculty of Chemical Engineering, en était l’auteur principal.
Le groupe ViPER se concentre sur la conception et la fabrication de matériaux haute capacité pour les systèmes de batteries lithium-ion, lithium-soufre, sodium-ion, à semi-conducteurs et ultrabasse température in addition sûrs de nouvelle génération.
“La croissance rapide des technologies de stockage d’énergie visant à réduire les objectifs d’émissions de carbone proposés, et les énormes demandes de systèmes de stockage d’énergie existent également sur les marchés des véhicules électroniques et électriques grand public. Ils nécessitent des batteries Li de nouvelle génération avec une densité d’énergie plus élevée avec une sécurité renforcée, “, déclare Vilas Pol, professeur de génie chimique qui dirige les principaux laboratoires de Purdue pour la fabrication de batteries, les assessments de sécurité électrochimiques et thermiques depuis 2014.
Le remplacement du matériau d’anode en graphite conventionnel par du lithium métallique à haute énergie est une approche très prometteuse. Cependant, ce matériau d’anode “saint graal” souffre d’inconvénients difficiles de faible cyclabilité et de sécurité, and so on.
“Du place de vue de la recherche fondamentale sur les nouvelles technologies LMB, il est essentiel de développer méticuleusement une chimie d’électrolyte liquide appropriée qui fonctionne avec des anodes et des cathodes prometteuses”, a déclaré Pol.
Dans leur étude, les chercheurs ont démontré qu’un électrolyte à foundation d’éther à faible focus peut supporter avec succès le fonctionnement à haute tension (4,3 V) à lengthy terme du LMB pratique dans des configurations viables pour l’industrie, lors de l’utilisation de l’éther dipropylique hautement non polaire comme solvant d’électrolyte.
“Réaliser le cycle à extensive terme de l’anode métallique Li et de la cathode haute rigidity simultanément avec un électrolyte dilué à base d’éther est le principal défi de cette étude”, a déclaré Li. “Les éthers ont une faible stabilité à l’oxydation malgré leurs compatibilités raisonnables avec l’anode métallique Li. Notre objectif était donc d’étendre leurs capacités à haute stress. Au niveau moléculaire, nous avons confirmé les corrélations essentielles entre les comportements de solvatation des électrolytes dilués à foundation d’éther et leurs performances sur électrode optimistic haute tension.”
Les corrélations ont ensuite été interprétées by means of des simulations détaillées de dynamique moléculaire classique (MD) et des calculs de théorie fonctionnelle de la densité (DFT) couplés à des analyses expérimentales multimodales. Il a été démontré que la régulation de la construction de solvatation des électrolytes à foundation d’éther peut réorganiser l’ordre de dégradation des espèces de solvatation et former sélectivement une defense robuste sur la area de la cathode. Il ajuste également la composition de la double couche électrique superficielle pour empêcher l’oxydation de l’éther.
Cette approche one of a kind de suppression cinétique diffère des stratégies conventionnelles telles que l’utilisation d’un électrolyte à ultra haute focus ou l’introduction d’une fluoration moléculaire pour améliorer la stabilité de l’électrolyte, ce qui augmente considérablement le coût de la batterie. Le LMB développé par le groupe ViPER devrait améliorer de 40% la densité d’énergie, par rapport aux batteries Li-ion conventionnelles.
Les travaux de recherche sont financés par le Naval Business Partnership Teaming with Universities for Countrywide Excellence (NEPTUNE), Place of work of Naval Investigation.
