Une méthode de remplacement de cation pour réaliser des électrolytes hautement performants pour les batteries à métaux multivalents.

21 janvier 2024 caractéristique

Cet article a été examiné selon le processus éditorial et les politiques de Science X. Les éditeurs ont souligné les attributs suivants tout en veillant à la crédibilité du contenu :

• vérifié par les faits
• publication examinée par des pairs
• source fiable
• corrigé

par Ingrid Fadelli , Tech Xplore

À mesure que l'utilisation de véhicules électriques et hybrides augmente dans de nombreux pays du monde, le développement de technologies de batterie sûres et offrant de meilleures performances devient de plus en plus crucial. Plus particulièrement, les ingénieurs cherchent à augmenter la sécurité et la capacité énergétique des batteries tout en veillant à leur évolutivité et en ralentissant leur dégradation au fil du temps.

Les technologies de batterie qui pourraient répondre aux exigences de l'industrie électronique comprennent les batteries métalliques multivalentes rechargeables (c'est-à-dire les batteries utilisant des ions multivalents) basées sur des matériaux d'anode présentant de faibles potentiels de réduction, tels que le magnésium (Mg) et le calcium (Ca). Ces batteries pourraient présenter des densités d'énergie élevées si elles sont développées en utilisant la bonne combinaison d'anodes, de cathodes et d'électrolytes.

Au cours des dernières années, des études ont identifié divers matériaux d'anode rentables pour ces batteries. En revanche, bon nombre des électrolytes proposés sont difficiles à trouver ou reposent sur des processus de synthèse sophistiqués, ce qui les rend difficiles à fabriquer à grande échelle.

Des chercheurs de l'université de Zhejiang, du ZJU-Hangzhou Global Scientific and Technological Innovation Center et de l'université de technologie de Dalian ont récemment présenté une nouvelle méthode universelle pour réaliser des électrolytes hautement performants et évolutifs pour les batteries métalliques multivalentes. Leur stratégie proposée, exposée dans un article publié dans Nature Energy, pourrait aider à concevoir des systèmes d'électrolyte réversibles et plus abordables, ce qui pourrait être précieux pour les technologies de batteries de nouvelle génération.

"Des systèmes d'électrolyte performants et économiques sont recherchés pour les batteries métalliques multivalentes à haute densité d'énergie", ont écrit Siyuang Li, Jiahui Zhang et leurs collègues dans leur article.

"Cependant, le précurseur coûteux et le processus de synthèse complexe entravent l'exploration des interfaces électrode d'anode/électrolyte et des structures de solvatation. Nous avons développé une méthode universelle de remplacement des cations pour préparer des électrolytes de magnésium et de calcium à faible coût et hautement réversibles, dérivés des structures de solvatation organoborate de zinc".

La méthode introduite par cette équipe de recherche comporte plusieurs étapes. Tout d'abord, les chercheurs ont déclenché une réaction chimique entre un précurseur Zn(BH4)2 abordable et facilement disponible avec différents fluoroalcools, produisant des anions cibles avec différentes chaînes ramifiées.

Ensuite, ces solvates d'anions ont réagi avec des feuilles métalliques peu coûteuses présentant une activité métallique plus élevée pour produire des structures de solvatation cibles. Pour supprimer la décomposition continue des solvants et maintenir un cyclage de batterie stable, les chercheurs ont proposé la formation d'une couche de passivation basée sur deux types de solvates de calcium.

"En ajustant de manière rationnelle la longueur de la chaîne du précurseur et le degré de substitution F, nous pouvons régler finement la participation des anions dans la couche de solvatation primaire", ont expliqué les chercheurs dans leur article. "Un électrolyte d'organoborate de magnésium complètement dissocié permet une endurance élevée au courant et une cinétique électrochimique améliorée, tandis que l'électrolyte d'organoborate de calcium avec une inclusion forte de coordination/B-H offre une interface solide-électrolyte stable avec une efficacité coulombienne élevée".

Jusqu'à présent, les chercheurs ont utilisé leur méthode pour créer un prototype de batterie à charge élevée de 53,4 Wh kg−1 basé sur le Mg/S, qui contenait une anode de Mg de 30 μm, un rapport électrolyte/soufre faible (E/S = 5,58 μl mg−1) et un séparateur/intercalaire modifié. Lors des tests initiaux, le prototype de batterie a donné des résultats prometteurs, mettant en évidence la promesse de cette approche pour créer des électrolytes favorables et peu coûteux pour les batteries métalliques multivalentes.

Dans le futur, la méthode présentée dans cet article pourrait ouvrir la voie à la création de divers systèmes d'électrolyte réversible utilisant des matériaux plus abordables et des stratégies de traitement plus simples. Ces électrolytes pourraient être utilisés pour créer des batteries métalliques multivalentes évolutives et sûres avec des densités d'énergie plus élevées.

© 2024 Science X Network