Les équipes de recherche chinoises ont réalisé des progrès significatifs en s’attaquant à l’un des principaux goulots d’étranglement techniques dans les batteries lithium-métal entièrement solides, selon un rapport de la Télévision centrale de Chine (CCTV), la chaîne de télévision nationale du pays, du 16 octobre. Ce développement pourrait potentiellement permettre à une batterie de 100 kg d’offrir une autonomie supérieure à 1 000 km, contre environ 500 km auparavant.
Les électrolytes solides conventionnels à base de sulfure sont extrêmement durs et cassants, semblables à la céramique, tandis que les anodes lithium-métal sont souples et pliables. Lorsqu’elles sont combinées, l’interface inégale entre ces deux matériaux entrave le transport des ions, réduisant ainsi l’efficacité de la charge et de la décharge.
Pour surmonter ce problème, plusieurs groupes de recherche en Chine ont développé différentes approches visant à améliorer l’interface solide-solide entre l’électrode et l’électrolyte. Trois méthodes principales ont été mises en évidence dans le rapport de CCTV.
Le premier vient de l’Institut de physique de l’Académie chinoise des sciences, qui a introduit les ions iode comme « médiateur » interfacial. Pendant le fonctionnement de la batterie, ces ions migrent vers l’interface entre l’électrode et l’électrolyte, où ils contribuent à attirer les ions lithium et à combler les espaces microscopiques. Ce mécanisme d’auto-ajustement permet un contact plus étroit entre les matériaux, répondant ainsi à l’un des principaux défis des batteries à semi-conducteurs pratiques.
La deuxième méthode, développée par l’Institut de recherche sur les métaux de l’Académie chinoise des sciences, se concentre sur la flexibilité mécanique. Les chercheurs ont créé une structure à base de polymère pour l’électrolyte, améliorant ainsi sa capacité à résister à la flexion et à la torsion tout en préservant son intégrité structurelle. Des tests auraient montré que le matériau modifié pouvait résister à 20 000 cycles de flexion et de torsion sans dommage. Des composants chimiques supplémentaires au sein de la structure ont également amélioré la mobilité du lithium-ion et augmenté la capacité de stockage d’énergie du matériau jusqu’à 86 %.
La troisième approche, issue de l’Université Tsinghua, consiste à utiliser des matériaux polyéthers fluorés pour renforcer l’électrolyte. La forte résistance du fluor à la haute tension aide à former une couche de fluorure stable sur la surface de l’électrode, empêchant ainsi les pannes électriques sous contrainte. Les cellules modifiées auraient réussi les tests de perforation et les tests thermiques à 120°C sans explosion, démontrant une sécurité et une stabilité améliorées à des niveaux de charge élevés.
Ensemble, ces avancées suggèrent que les batteries lithium-métal à semi-conducteurs en Chine approchent d’un stade où la densité énergétique et la sécurité pourraient être considérablement améliorées. Cependant, des tests supplémentaires et une validation industrielle seront nécessaires avant les applications commerciales.