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Une avancée vers des accumulateurs Li-air viables

Une avancée vers des accumulateurs Li-air viables
© Volker Witt #42122998

La technologie Li-ion actuelle, dont les densités d’énergie atteignent 220Wh/kg, ne peut aujourd’hui apporter l’autonomie souhaitée pour les applications véhicules électriques. Une note d’espoir provient cependant  des systèmes métaux-air et plus spécialement du Lithium-air qui suscite aujourd’hui l’engouement des fabricants d’automobiles. Ces accumulateurs, dont la densité d’énergie théorique (3500 Wh/kg) est environ 15 fois supèrieure à celles des accumulateurs à ions, utilisent comme électrode négative une électrode de Li métal et comme électrode positive une électrode à air, constituée d’un catalyseur déposé sur un tissu de carbone à haute porosité; le fonctionnement de cette électrode est proche  par certains aspects de celui l'électrode à oxygène des piles à combustible. Lorsque le système se décharge un courant est produit grâce à un processus de réduction de l’oxygène provenant de l’air (l'extérieur) qui conduit à un  ion superoxyde O2.- qui réagit avec le Li pour donner du LiO2. ; ce dernier  est instable et se transforme en Li2O2 solide qui remplit les pores de l’électrode. Cependant, pour rendre de tels systèmes opérationnels de nombreux verrous technologiques liés à l’efficacité énergétique et à la tenue en cyclage, pour ne citer que ceux-là, doivent être levés. Des centaines de papiers scientifiques traitant du problème d’électrolyte notamment sont apparus ces trois dernières années, aucun n’ayant apporté une avancée notoire. Il en va différemment pour le papier de P. Bruce récemment publié dans le journal Science. Ce papier démontre :

  • qu’il est possible de cycler des accumulateurs Li-air pour plus de 100 cycles tout en maintenant 98 % de la capacité initiale,
  • que   la polarisation est limitée malgré un régime de cyclage élevé, du moins pour de tels systèmes (C/5).

L’obtention de telles performances reposent :

  • sur l’utilisation d’une feuille d’or mince et poreuse comme électrode positive,
  • d’un électrolyte de type DMSO qui est très stable vis-à-vis des ions nucléophiles O2-, mais peu stable vis-à-vis du Li. Cette instabilité a été partiellement solutionnée par la création d’une interface protectrice. 

Il va de soi qu’un tel système n’est pas viable vis-à-vis d’applications compte tenu de l’utilisation d’un support d’électrode positive coûteux (Or).  Néanmoins ce travail est une preuve directe que ce système peut fonctionner de façon réversible et cela sans utilisation de catalyseurs, ce qui n’était pas concevable jusque là. Bien que sur le plan fondamental, ces résultats suscitent encore des questions, notamment au niveau des potentiels d’oxydation, ils apportent un brin d’optimisme quant à la possibilité de réaliser des accumulateurs Li-air viables.

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