Des chercheurs suisses améliorent la durée de vie des batteries tout solide
L’Institut Paul Scherrer annonce une avancée vers des batteries tout solide lithium-métal plus stables et durables, grâce à un nouveau procédé de fabrication à basse température.
Des chercheurs de l’Institut Paul Scherrer (PSI) annoncent une avancée importante vers l’industrialisation des batteries tout solide lithium-métal. En combinant un procédé de frittage à basse température avec une couche de passivation ultrafine (une fine barrière protectrice qui stabilise les réactions chimiques), ils parviennent à améliorer simultanément la stabilité, la sécurité et la durée de vie de ces accumulateurs de prochaine génération.
Selon le communiqué, les batteries tout solide sont considérées comme une alternative prometteuse aux batteries lithium-ion conventionnelles, notamment pour l’électromobilité, l’électronique mobile et le stockage stationnaire. En remplaçant l’électrolyte liquide inflammable par un électrolyte solide, elles offrent un potentiel de sécurité supérieur et associées à une anode en lithium métallique, une densité énergétique théoriquement plus élevée.
Deux verrous technologiques et une réponse combinée
Malgré leurs atouts, les batteries tout solide lithium-métal restent freinées par deux obstacles majeurs à leur déploiement industriel. Le premier est la formation de dendrites de lithium, des structures métalliques en forme d’aiguilles capables de traverser l’électrolyte solide et de provoquer des courts-circuits. Le second tient à l’instabilité électrochimique à l’interface entre l’anode en lithium-métal et l’électrolyte solide, susceptible de dégrader les performances et la fiabilité à long terme.
Pour lever ces verrous, l’équipe dirigée par Mario El Kazzi, responsable du groupe Matériaux pour batteries et diagnostic au PSI, a mis au point une approche combinée. Les travaux portent sur le Li₆PS₅Cl, un électrolyte solide de type argyrodite reconnu pour sa conductivité ionique élevée, mais jusqu’ici difficile à densifier sans compromettre sa stabilité chimique, précise le PSI.
Plutôt que de recourir à des procédés énergivores, comme le pressage à très haute pression ou le frittage à haute température, les chercheurs ont opté pour un frittage dit «doux», associant une pression modérée à une température d’environ 80 degrés. Cette méthode permet d’obtenir une microstructure dense, avec peu de cavités, tout en conservant une conductivité ionique élevée et en limitant la propagation des dendrites.
En parallèle, une couche de fluorure de lithium (LiF) d’environ 65 nanomètres d’épaisseur est déposée sous vide à l’interface avec l’anode. Cette couche de passivation protège l’électrolyte contre la dégradation électrochimique au contact du lithium, limite la formation de lithium inactif et constitue une barrière physique supplémentaire contre la croissance des dendrites.
Des performances durables et un potentiel industriel
Testée en laboratoire sur des piles boutons, la batterie ainsi conçue a démontré une stabilité notable: après 1’500 cycles de charge et de décharge, elle conservait environ 75% de sa capacité initiale, un niveau parmi les plus élevés rapportés à ce jour pour des batteries tout solide lithium-métal, selon les auteurs.
Au-delà des performances électrochimiques, la méthode présente également un intérêt industriel. Les basses températures de fabrication réduisent la consommation énergétique du procédé et limitent les contraintes sur les matériaux, ce qui pourrait faciliter une mise à l’échelle.
«Notre approche constitue une solution pratique pour la fabrication de batteries tout solide à base d’argyrodite », souligne Mario El Kazzi. Les chercheurs estiment que, moyennant des ajustements supplémentaires, cette combinaison de procédés pourrait rapprocher ces batteries d’une production à plus grande échelle.
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