« Le bore prolonge la batterie » : la Chine améliore la durée et l’efficacité des batteries lithium grâce à un additif secret

Les chercheurs chinois ont récemment fait une avancée significative dans le domaine des batteries au lithium en intégrant des additifs au bore dans les électrolytes. Cette innovation pourrait résoudre certains des problèmes les plus persistants des batteries au lithium métallique, notamment la formation de dendrites, la courte durée de vie des cycles et la faible efficacité coulombique. L’université de Nankai en Chine, à l’avant-garde de cette recherche, met en lumière le potentiel des additifs pour améliorer la performance et la stabilité des batteries, rendant leur application commerciale plus viable.

Bénéfices multiples des additifs au bore

Les chercheurs ont souligné que les additifs au bore apportent plusieurs avantages pour les batteries au lithium métallique. Bien que les batteries utilisant le lithium métallique comme anode affichent une densité d’énergie impressionnante de plus de 500 Wh/kg, elles sont limitées par divers défis techniques. Les additifs au bore, grâce à leur forte déficience en électrons, facilitent la dissolution de Li2O. Cela réduit la résistance au transfert de charge à l’interface de l’anode en lithium métallique.

De plus, en dissolvant les dépôts de LiF dans les pores de CFx, ces additifs peuvent être appliqués aux batteries Li/CFx pour augmenter le coefficient de diffusion des ions lithium. Cela améliore considérablement la capacité de décharge spécifique et les performances à haute cadence. Les chercheurs ont ainsi démontré que l’utilisation de ces additifs pourrait transformer les performances des batteries, rendant leur application dans les dispositifs de stockage d’énergie plus efficace.

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Stabilité à long terme des cycles

La décomposition oxydative des additifs au bore à l’interface du cathode joue un rôle clé dans la formation d’une interface électrolyte-cathode robuste. Ceci est crucial pour la stabilité à long terme des cathodes à haute tension. Le groupe de recherche a exploré quatre additifs au bore candidats, chacun avec différentes fonctions. Ils ont utilisé le potentiel électrostatique (ESP) pour identifier les meilleurs accepteurs d’anions.

Le borate de tris (hexafluoroisopropyl) (THFPB) s’est distingué avec un ESP maximal parmi tous les additifs. Les sites présentant une valeur ESP plus positive sont plus susceptibles de participer à des réactions nucléophiles, attirant ainsi fortement les petits anions. Ces caractéristiques font de THFPB l’un des additifs d’électrolyte les plus prometteurs pour améliorer la stabilité et l’efficacité des batteries.

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Les défis critiques atténués par les additifs au bore

Une étude publiée dans le journal Science China Chemistry a révélé que les propriétés électroniques déficientes des additifs au bore régulent les structures de solvatation des électrolytes et influent sur l’interface électrode-électrolyte. Les chercheurs ont conçu quatre additifs pour les batteries au lithium métallique et ont démontré que la structure du composé de bore et la taille de l’anion sont cruciales pour déterminer les propriétés physico-chimiques des électrolytes.

Grâce à la caractérisation spectrale et aux simulations de dynamique moléculaire, l’ajout de THFPB a été confirmé pour améliorer les agrégations ioniques dans la structure de solvatation. Cela contribue à la formation d’une interface électrolyte-électrode robuste, notamment pour le cathode à haute tension. En conséquence, les batteries utilisant une anode en lithium mince, un cathode à haute charge et des électrolytes additionnés de 0,1 M de THFPB ont maintenu 80 % de leur capacité après 150 cycles.

Perspectives pour l’avenir des batteries au lithium

Les avancées réalisées par l’équipe de recherche chinoise montrent que les additifs au bore peuvent efficacement atténuer les défis critiques des systèmes de batteries à haute densité énergétique. Cependant, il reste encore beaucoup à explorer pour comprendre pleinement comment ces additifs influencent les interfaces et les structures de solvatation des électrolytes. Cette recherche ouvre de nouvelles voies pour le développement de batteries plus durables et plus performantes.

Les efforts continus pour optimiser les formulations d’électrolytes et intégrer des additifs de manière judicieuse pourraient transformer l’avenir des dispositifs de stockage d’énergie. La question reste de savoir comment ces innovations seront intégrées dans les applications commerciales à grande échelle. Quels autres obstacles technologiques devront être surmontés pour que ces solutions deviennent une norme industrielle ?