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 ouvrent la voie à des 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. Un grand merci à l’équipe de l’académicien Jun Chen et de Qing Zhao de l’université de Nankai pour leurs travaux de recherche remarquables. Quelles innovations et sources d’inspiration peuvent-ils nous apporter ? Examinons-les de plus près.
Abstrait
Ces 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. Ici, grâce à la synthèse d'alcanes monofluorés, nous démontrons que des ligands fluorés (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