Nos vies d'aujourd'hui sont régies par l'électronique sous toutes ses formes. L'électronique, à son tour, est régie par ses batteries. Cependant, les batteries lithium-ion traditionnelles (LIB), largement utilisées dans les appareils électroniques, tombent en disgrâce car les chercheurs commencent à considérer les batteries au lithium métal (LMB) comme une alternative supérieure en raison de leur densité d'énergie remarquablement élevée qui dépasse LIB par ordre de grandeur. La principale différence réside dans le choix du matériau de l'anode : les LIB utilisent du graphite, tandis que les LMB utilisent du lithium métal.
Un tel choix comporte cependant ses propres défis. L'une des plus importantes est la formation de structures en forme d'aiguilles sur la surface de l'anode de lithium pendant le cyclage, appelées « dendrites », qui ont tendance à percer la barrière entre l'anode et la cathode, provoquant un court-circuit et, par conséquent, des problèmes de sécurité. « La formation de dendrites de Li dépend fortement de la nature de la surface des anodes de lithium. Une stratégie cruciale pour les LMB consiste donc à construire une interface solide-électrolyte (SEI) efficace à la surface du lithium », explique le professeur Yong Min Lee de l'Institut des sciences de Daegu Gyeongbuk et Technologie (DGIST), Corée, spécialisée dans la conception de batteries.
En conséquence, les chercheurs ont exploré une variété de stratégies, de l'ingénierie interfaciale 2D à l'architecture d'anode de lithium 3D. Dans chaque cas, la résolution d'un problème a simplement cédé la place à un autre. Cependant, une nouvelle approche basée sur des électrodes composites en poudre de lithium métal (LMP) promet de se démarquer. L'attrait des LMP réside dans leur forme sphérique, qui se traduit par une surface plus élevée et une facilité de réglage de l'épaisseur, permettant des électrodes plus larges et plus minces. Cependant, des problèmes avec l'utilisation des LMP existent toujours, tels que l'échec morphologique causé par la nature inhérente de leur surface inégale.
Maintenant, dans une nouvelle étude publiée dans Matériaux énergétiques avancés, le Dr Lee, ainsi que des chercheurs coréens, ont adopté une nouvelle approche dans laquelle ils ont pré-implanté du LiNO3 dans le LMP lui-même pendant le processus de fabrication des électrodes, leur permettant de fabriquer des électrodes d'environ 150 mm de large et 20 μm d'épaisseur qui a montré une efficacité coulombique de 96%.
L'ajout de LiNO3 au LMP a accompli deux choses : il a induit un SEI uniforme riche en N sur la surface du LMP et a conduit à sa stabilisation soutenue sur un cycle prolongé en tant que LiNO3 a été régulièrement libéré dans l'électrolyte. En fait, les LMB avec LiNO3 Le LMP pré-planté (LN-LMP) a démontré une performance de cycle exceptionnelle, avec une rétention de capacité de 87 % sur 450 cycles, surpassant même les cellules avec LiNO3-électrolytes ajoutés.
Le professeur Lee est ravi de ces découvertes et parle de leurs ramifications pratiques. « Nous prévoyons que la pré-plantation d'additifs stabilisés au Li dans l'électrode LMP serait un tremplin vers la commercialisation de batteries Li-métal, Li-S et Li-air à grande échelle avec une énergie spécifique élevée et une longue durée de vie. » il dit.
En ce qui concerne les piles, il semble lithium ne se démode pas de sitôt.