Électrolyte plus sûr pour le lithium

Un électrolyte plus sûr pour les batteries lithium-ion fonctionne bien dans les régions glaciales. Les véhicules électriques se développent largement dans le monde entier ; ils pourraient remplacer les véhicules à carburant fossile à l'avenir, car les véhicules électriques sont plus efficaces que les véhicules à carburant, ont des coûts de fonctionnement inférieurs, moins d'entretien et sont respectueux de l'environnement. Les batteries sont les systèmes de stockage d'énergie chimique les plus couramment utilisés dans les véhicules électriques. Les batteries au lithium-ion sont le système de batterie dominant dans les véhicules électriques car elles présentent une densité d'énergie élevée et une longue durée de vie.

Cependant, des températures extrêmement basses peuvent réduire l'énergie et la capacité de puissance des batteries lithium-ion. Le principal problème réside dans l'électrolyte liquide qui transfère les particules porteuses de charge appelées ions entre les deux électrodes de la batterie, provoquant la charge et la décharge de la batterie. Mais le liquide commence à geler à des températures inférieures à zéro, limitant l'efficacité de la recharge des véhicules électriques dans les régions et les saisons froides.

Pour surmonter ces problèmes, l'équipe de scientifiques du département américain de l'énergie (DOE), des laboratoires nationaux d'Argonne et des laboratoires nationaux Lawrence Berkeley a développé un électrolyte contenant du fluor qui fonctionne bien même à des températures inférieures à zéro.

L'équipe a étudié de nombreux solvants fluorés. Ils ont identifié la structure avec la barrière d'énergie la plus faible pour libérer les ions lithium des grappes à des températures inférieures à zéro.

Les scientifiques ont révélé que la fluoration ou des niveaux plus élevés de fluoration près du groupe ester imposent un plus grand effet d'attraction d'électrons, entraînant des charges atomiques plus faibles, une énergie de liaison plus faible au Li-ion, une conductivité ionique plus faible et une faible solubilité à basse température.

Ils ont également déterminé à l'échelle atomique pourquoi cette structure particulière fonctionnait si bien. Cela dépend de l'emplacement et du nombre d'atomes de fluor dans chaque molécule de solvant.

Lors de tests en cellule en laboratoire, l'électrolyte fluoré de l'équipe a maintenu une capacité de stockage d'énergie stable à moins 4 degrés Fahrenheit pendant 400 cycles de charge-décharge. Même à cette température inférieure à zéro, la capacité était équivalente à une cellule avec un électrolyte conventionnel à base de carbonate à température ambiante.

L'électrolyte antigel a la propriété supplémentaire d'être plus sûr que les électrolytes à base de carbonate actuellement utilisés, car il est ininflammable.

Le Bureau de l'efficacité énergétique et des énergies renouvelables du DOE, Bureau des technologies des véhicules, a financé ce travail.

L'électrolyte fluoré fonctionne à des températures inférieures à zéro, ce qui rend les véhicules électriques utiles dans les zones où la température est basse. De plus, cela peut aider la technologie des batteries à évoluer et à être utilisée à diverses fins.

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Un électrolyte plus sûr pour les batteries lithium-ion fonctionne bien dans les régions glaciales, 22 mai 2023