De nouveaux électrolytes permettent de fabriquer des batteries au lithium avec une densité énergétique supérieure à 700 Wh/kg.
| Jerry Huang
Note de la rédaction : De nouveaux matériaux synthétisés offrent des perspectives intéressantes pour la conception d’électrolytes innovants permettant aux cellules lithium-métal de type poche d’atteindre des densités énergétiques supérieures à 700 Wh/kg à température ambiante et d’environ 400 Wh/kg à -50 °C. Le sel de lithium LiFSI joue un rôle déterminant dans la conception de ces électrolytes. Nous remercions chaleureusement Jun Chen et Qing Zhao, académiciens de l’université de Nankai, pour leurs travaux de recherche et leur approche novatrices.
Au cours des dernières décennies, les solvants électrolytiques pour dispositifs électrochimiques ont été principalement composés de ligands à base d'oxygène (O) et d'azote (N). Dans ces ligands, l'interaction dipôle-ion (Li⁺, Na⁺, etc.) est généralement à la base de la dissociation et du transport des ions, mais elle entrave le transfert de charge à l'interface électrolyte-électrode. Dans cette étude, nous démontrons, par la synthèse d'alcanes monofluorés, que des ligands à base de fluor (F), présentant un encombrement stérique et une basicité de Lewis contrôlés, permettent la dissolution de sels de plus de 2 mol/L. Parmi eux, l'électrolyte Li-ion à base de 1,3-difluoropropane (DFP) possède tous les atouts pour les batteries à haute densité énergétique et basse température : faible viscosité (0,95 cP), haute stabilité à l'oxydation (> 4,9 V) et conductivité ionique de 0,29 mS/cm à −70 °C. L'incorporation d'atomes de fluor dans la première sphère de solvatation, grâce à une coordination F–Li+ faible, facilite le processus de dépôt/dissolution du lithium avec une efficacité coulombique (EC) atteignant 99,7 % et une densité de courant d'échange un ordre de grandeur supérieur à celle de la coordination O–Li+ à −50 °C. Ces électrolytes permettent en outre le fonctionnement de cellules lithium-métal souples avec une quantité d'électrolyte inférieure à 0,5 g/Ah, atteignant des densités énergétiques supérieures à 700 Wh/kg à température ambiante et d'environ 400 Wh/kg à −50 °C. Les électrolytes hydrofluorocarbonés (HFC) présentés dans cette étude offrent une approche prometteuse pour la conception de systèmes électrochimiques s'affranchissant des principes de la chimie de coordination traditionnelle.
Référence
https://doi.org/10.1038/s41586-026-10210-6