Une avancée dans le développement des électrolytes composites pour les batteries solides

Alors que l’Union européenne a annoncé la fin des moteurs thermiques pour 2035, la montée des demandes en batteries ne pourra pas être satisfaite par les systèmes lithium-ion actuels, dont l’autonomie atteint ses limites et qui présentent des risques d’explosion en cas de court-circuit. Actuellement, de nombreuses équipes de recherche recourent aux batteries à électrolytes solides soit en polymères, peu coûteux et faciles à mettre en forme, mais à faible conductivité, soit en céramique, bien plus conductrices, mais aussi plus fragiles. Les électrolytes composites, constitués de particules d’électrolyte céramiques dispersées dans une matrice d’électrolyte polymère, semblent un compromis prometteur pour bénéficier des avantages de chacun, mais les mesures de leurs performances donnent des résultats très divers, voire contradictoires. Afin de rationaliser les mesures de conductivité, des scientifiques du Laboratoire d’électrochimie et de physicochimie des matériaux et des interfaces (LEPMI, CNRS/Université Grenoble Alpes/Université Savoie Mont-Blanc) ont mis au point une méthodologie simple et reproductible basée sur la spectroscopie d’impédance électrochimique, qui mesure la résistance.

Pour cela, ils ont utilisé des dispersions de poudres de céramiques conductrices dans des oligomères simulant des polymères, ce qui permet d’étudier la conductivité effective du mélange polymère/céramique. Dans un souci d’exhaustivité, un grand nombre d’électrolytes différents a été testé. Les mesures ont ensuite été confrontées à des modèles théoriques de milieu moyen. Il en ressort que les résultats aberrants étaient dus à la dégradation de la matrice polymère/liquide, qui provoque des hausses sporadiques de la conductivité qui ne sont pas représentatives des performances réelles du matériau composite. L’équipe souligne également que l’agrégation de la poudre de céramiques, quelle que soit leur composition chimique, rend la poudre isolante à cause des résistances interparticulaires, et diminue par conséquent la conductivité effective du composite. Ces travaux aident à mieux comprendre l’effet réel de la dispersion d’une poudre d’électrolyte céramique dans un électrolyte polymère, et notamment le rôle de la microstructure des poudres, étape nécessaire pour améliorer les performances des batteries composites. Les chercheurs étudient à présent la résistance de transfert de charge ionique à l’interface entre les polymères et les céramiques, qui est un des facteurs fondamentaux pilotant la performance des batteries.

Rédacteur : CCdM