Nouveau carbone

Article du 18 juillet 2023

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par Ingrid Fadelli , Tech Xplore

Les batteries entièrement solides (ASSB) – technologies de batteries comportant des électrodes solides et des électrolytes solides – font l’objet d’un nombre croissant d’études de recherche. Cela est principalement dû au fait qu’elles pourraient largement surpasser les batteries à électrolytes liquides ou à base de polymères, à la fois en termes de sécurité et de densité de puissance.

L’une des combinaisons de matériaux solides les plus prometteuses pour les ASSB est constituée d’électrolytes solides sulfurés et d’anodes métalliques au lithium (Li). Cependant, pendant leur fonctionnement, les anodes métalliques au Li peuvent rapidement perdre leur capacité et cesser de fonctionner correctement, en raison de la croissance des dendrites et des réactions chimiques interfaciales.

Des chercheurs de l'Institut des technologies avancées de stockage d'énergie de Tianmu Lake, de l'Académie chinoise des sciences et d'autres instituts chinois ont récemment créé de nouvelles anodes Li-Si qui pourraient contribuer à améliorer les performances des ASSB, réduisant ainsi leur risque de défaillance. Ces anodes, présentées dans un article publié dans Nature Energy, peuvent supprimer la croissance des dendrites de lithium, stabilisant ainsi le cycle de la batterie à long terme.

"Les ASSB avec des anodes métalliques Li ou des anodes Si sont des candidats prometteurs pour atteindre une densité énergétique élevée et une sécurité améliorée, mais ils souffrent respectivement d'une croissance indésirable des dendrites de lithium ou d'une énorme expansion de volume", ont écrit Wenlin Yan, Zhenliang Mu et leurs collègues dans leur article. .

"Nous synthétisons une anode en alliage Li-Si stabilisée par du carbone dur dans laquelle le frittage de Si conduit à la transformation de particules micrométriques en un continuum dense. Un réseau conducteur ionique-électronique 3D composé de phases riches en Li plastiquement déformables (Li15Si4 et LiC6) qui agrandit la zone active et soulage la concentration de contraintes est créée dans l'anode, conduisant à une cinétique et une stabilité mécanique améliorées de l'électrode.

Les chercheurs ont créé leur anode via une simple réaction induite par la presse entre un film contenant du Si et une feuille de Li. Ils ont ensuite testé ses performances dans une série de simulations et d’expériences, en les intégrant dans des cellules dotées de l’une des deux cathodes différentes, ainsi que d’un électrolyte à base de Li6PS5Cl.

"Avec l'anode Li-Si stabilisée au carbone dur, les cellules complètes utilisant des cathodes LiCoO2 ou LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 et un électrolyte Li6PS5Cl atteignent une capacité de débit et une stabilité de cycle favorables", ont écrit Yan, Mu et leurs collègues.

"En particulier, l'ASSB avec LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 à charge élevée de 5,86 mAh cm−2 délivre 5 000 cycles à 1 C (5,86 mA cm−2), démontrant le potentiel de l'utilisation de Li-Si stabilisé par du carbone dur. anodes en alliage pour des applications pratiques des ASSB.