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Le fluor pourrait changer l'avenir des batteries lithium-m�tal

30/06/2023

Une �quipe de chercheurs du minist�re am�ricain de l'�nergie pourrait avoir fait une perc�e dans la technologie du lithium m�tal, alternative prometteuse au Lithium-ion aujourd'hui tr�s largement utilis� dans l'industrie.

Les batteries alternatives, comme le lithium m�tal, offrent en effet une densit� �nerg�tique jusqu'� deux fois sup�rieure � celle des batteries lithium-ion qui alimentent aujourd'hui les v�hicules �lectriques � la plus grande autonomie. La promesse d'une plus grande densit� �nerg�tique est que les batteries pourraient �tre plus petites et plus l�g�res, et donc plus efficaces pour alimenter les v�hicules �lectriques.

L'inconv�nient est que les batteries lithium-m�tal ne peuvent offrir une telle densit� �nerg�tique que pendant une courte p�riode. Au fur et � mesure qu'elles se chargent et se d�chargent, leurs performances se d�gradent et leur impressionnante densit� dispara�t apr�s moins d'une centaine de cycles, ce qui constituerait un gros probl�me pour la dur�e de vie des batteries.

Toutefois, une �quipe de chercheurs dirig�e par Zhengcheng Zhang de la division des sciences chimiques et de l'ing�nierie du laboratoire national d'Argonne a trouv� un moyen prometteur d'utiliser le fluor, le m�me que l'on met dans le dentifrice pour renforcer l'�mail, pour aider les batteries au lithium m�tal � durer plus longtemps !

Ces piles ont une �lectrode n�gative (anode) faite de lithium et non de graphite, d'o� leur nom. Dans ces piles, les ions se d�placent entre l'anode et la cathode par l'interm�diaire d'un liquide �lectrolytique. Les �lectrolytes normaux sont constitu�s de solvants et de sels contenant du lithium, mais ils ne forment pas une couche protectrice suffisante sur l'anode, ce qui entra�ne une d�gradation rapide.

La solution de l'�quipe de recherche a consist� � remplacer le liquide �lectrolytique par un liquide contenant des composants fluor�s qui sont � la fois charg�s n�gativement (anion) et positivement (cation). Cela permet de prot�ger le fonctionnement interne de la batterie et de prolonger sa dur�e de vie.

"La principale diff�rence dans notre nouvel �lectrolyte est le remplacement des atomes d'hydrog�ne par du fluor dans la structure en anneau de la partie cation du liquide ionique", explique M. Zhang. "Cela a fait toute la diff�rence pour maintenir des performances �lev�es pendant des centaines de cycles dans une cellule lithium-m�tal.�

A l'aide d'un microscope �lectronique � haute r�solution, l'�quipe a pu affiner les ratios pour cr�er une couche protectrice aux qualit�s id�ales. Par ailleurs, le liquide est facile � fabriquer, ce qui le rend bon march�, et il utilise beaucoup moins de solvants que les liquides traditionnels, ce qui le rend �galement plus respectueux de l'environnement. Par cons�quent, il y a de grande chances que cette d�couverte constitue une avanc�e majeure pour d�velopper � l'avenir un nouveau type de batteries, moins grosses et moins lourdes...

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