L’essor des téléphones, ordinateurs portables et autres appareils personnels au cours des dernières décennies a été rendu achievable par la batterie lithium-ion (Li-ion), mais comme le changement climatique exige des batteries plus puissantes pour les véhicules électriques et le stockage renouvelable à l’échelle du réseau, le lithium La technologie ionique pourrait ne pas suffire.
Les batteries au lithium-métal (LMB) ont des capacités théoriques d’un ordre de grandeur supérieures à celles du lithium-ion, mais un growth additionally littéral a bloqué la recherche pendant des décennies.
« Un défi aggravant qui a encore in addition condamné la première vague de commercialisation des LMB à la fin des années 1980 était leur propension à exploser », a écrit le professeur Chibueze Amanchukwu de la Pritzker School of Molecular Engineering de l’Université de Chicago dans une étude récente.
L’étude, qui sera publiée le 9 novembre dans Subject, décrit un moyen de contourner ce problème vieux de plusieurs décennies, en utilisant des sels fondus inorganiques sans solvants pour créer des batteries sûres et à haute densité énergétique, ouvrant ainsi de nouvelles possibilités pour les véhicules électriques et le stockage d’énergie renouvelable à l’échelle du réseau.
« Nous avons développé un système ininflammable et non volatil qui est sûr et peut réellement améliorer les densités d’énergie de 2 fois (par rapport au Li-ion) », a déclaré Amanchukwu.
Les batteries lithium-métal conventionnelles reposent sur un électrolyte obtenu en dissolvant du sel de lithium dans un solvant. Ces solvants volatils et inflammables – et non le sel lui-même – ont causé ces problèmes de sécurité.
Pour lutter contre cela, les chercheurs ont essayé différents solvants ou phases ou ont modifié la concentration en sel. C’était toujours un compromis : les batteries utilisant des substances inorganiques solides pour leurs électrolytes étaient as well as sûres les batteries utilisant des électrolytes liquides étaient in addition puissantes. Les résultats sont soit des batteries dangereuses, soit des batteries qui ne sont pas à la hauteur des énormes capacités théoriques des batteries lithium-métal.
L’équipe d’Amanchukwu a adopté une approche nouvelle, remettant en issue la framework conventionnelle de l’électrolyte lui-même.
« La dilemma était de savoir ce que faisait le solvant en leading lieu ? Il suffit de le retirer », a déclaré Amanchukwu.
L’équipe d’Amanchukwu a transformé le sel de lithium en liquide non pas en le dissolvant, mais en le faisant fondre. Cela nécessitait de créer une nouvelle composition de sel fondant à basse température. Le défi consistait à atteindre une température à laquelle le sel de lithium fond, mais pas le lithium métallique utilisé ailleurs dans la batterie.
Pour donner une idée de l’ampleur de la tâche, le chlorure de lithium pur fond à un peu moreover de 600°C. Le lithium métal fond à 180°C, ce qui signifie que tout électrolyte de sel fondu utile devrait avoir un level de fusion bien in addition bas.
Amanchukwu et son équipe ont créé un sel qui fond à 45°C, ce qui a donné naissance à une batterie puissante pouvant fonctionner en toute sécurité entre 80 et 100°C.
« C’était un endroit idéal pour se situer au milieu, pour bénéficier de tous les avantages en matière de sécurité mais pour fonctionner à des températures qui lui permettent d’être liquide », a déclaré Amanchukwu.
Le groupe d’Amanchukwu continue on de travailler sur des compositions de sel avec des points de fusion encore plus bas, avec pour objectif closing une puissante batterie lithium-métal qui fonctionnera en toute sécurité à température ambiante.
« Comment pouvez-vous ramener cette température à 25°C ou 30°C ? Du point de vue de la recherche et du position de vue appliqué, il y a beaucoup d’enthousiasme là-bas », a déclaré Amanchukwu. « Nous avons l’opportunité de créer une batterie très efficace qui contribuera à résoudre un défi mondial majeur : le stockage de l’énergie. »
