Une équipe de recherche chinoise a surmonté les contraintes cinétiques de longue date des électrolytes des batteries au lithium en concevant et en synthétisant une série de nouveaux systèmes électrolytiques basés sur des solvants d’hydrocarbures fluorés, permettant aux batteries au lithium d’atteindre une densité énergétique de 700 wattheures par kilogramme.
Comme le rapporte Xinhua News, les électrolytes commerciaux des batteries au lithium sont généralement constitués de sels de lithium et de solvants d’ester carbonate, dans lesquels l’interaction ionique-dipôle entre le lithium et l’atome d’oxygène dans le solvant d’ester carbonate favorise la dissolution des sels de lithium. Cependant, ces solvants ont une faible mouillabilité et nécessitent de grandes quantités, ce qui rend difficile l’augmentation supplémentaire de la densité énergétique des batteries. De plus, de fortes interactions entravent le transfert de charge au niveau des interfaces, limitant ainsi les performances à basse température : les batteries ont généralement du mal à fonctionner en dessous de -50°C.
Pour remédier à ces limitations, l’équipe de recherche a conçu et synthétisé une série de nouvelles molécules de solvants d’hydrocarbures fluorés, permettant une dissolution efficace des sels de lithium dans l’électrolyte et remplaçant avec succès le mode traditionnel de coordination lithium-oxygène. Par rapport aux systèmes traditionnels d’électrolyte coordonné à l’oxygène, les solvants à base d’hydrocarbures fluorés offrent une mouillabilité et une efficacité d’utilisation supérieures, réduisant considérablement la quantité requise d’électrolyte. De plus, la coordination lithium-fluor plus faible permet des processus de transfert de charge rapides, même à basse température.
En utilisant ce nouveau système électrolytique, l’équipe a développé des batteries au lithium avec une énergie spécifique ultra-élevée de 700 wattheures par kilogramme à température ambiante. Ces batteries maintiennent une densité énergétique élevée de près de 400 wattheures par kilogramme, même dans des environnements aussi froids que -50°C.
Zhao Qing a expliqué que la clé pour parvenir à la dissolution du sel de lithium grâce à la coordination du fluor réside dans la régulation de la densité électronique des atomes de fluor et de l’encombrement spatial des molécules de solvant. Les batteries au lithium basées sur cet électrolyte présenteront des avantages tels qu’une énergie spécifique élevée et une tolérance aux basses températures.
« Les batteries à haute énergie basées sur cet électrolyte ont un large potentiel d’application dans les véhicules à énergie nouvelle, les robots intelligents incarnés, l’économie à basse altitude, ainsi que dans les régions extrêmement froides et les applications aérospatiales », a déclaré Chen Jun.
Commentaire de l’éditeur
Actuellement, la batterie Qilin de CATL, une batterie au lithium ternaire, présente une densité énergétique du système comprise entre 250 Wh/kg et 255 Wh/kg. Ce chiffre est largement considéré comme la limite supérieure actuelle de la densité énergétique des batteries au lithium.
Une densité énergétique de 700 Wh/kg ne concerne peut-être que la cellule elle-même, mais elle augmenterait néanmoins considérablement la densité énergétique globale du système. Après tout, les batteries à semi-conducteurs actuellement en développement ne dépassent pas encore les 400 Wh/kg. Il est juste de dire que ces recherches ont porté la densité énergétique des batteries au lithium traditionnelles au niveau de la technologie actuelle des semi-conducteurs.
Si les dernières recherches menées par des scientifiques chinois pouvaient être rapidement mises en œuvre, elles pourraient augmenter encore davantage la densité énergétique des batteries au lithium non solides.
