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Se renseigner sur les Batteries Lithium-air (Li-air)

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La batterie lithium-air (Li-air) est une cellule électrochimique métal-air qui utilise l'oxydation du lithium à l'anode et la réduction de l'oxygène à la cathode pour induire un flux de courant. L'appariement du lithium et de l'oxygène ambiant peut théoriquement conduire à des cellules électrochimiques ayant la plus grande énergie spécifique possible. Des avancées électrolytiques significatives sont cependant nécessaires pour développer une mise en œuvre commerciale.

Le lithium métallique est le choix typique pour l'anode. Au niveau de l'anode, le potentiel électrochimique force le lithium à libérer des électrons par oxydation sans impliquer l'oxygène cathodique.

À la cathode pendant la charge, l'oxygène donne des électrons au lithium par réduction.

Le carbone mésoporeux a été utilisé comme substrat de cathode avec des catalyseurs métalliques qui améliorent la cinétique de réduction et augmentent la capacité spécifique de la cathode. Le manganèse, le cobalt, le ruthénium, le platine, l'argent ou un mélange de cobalt et de manganèse sont des catalyseurs métalliques potentiels.

Construction

Le principal défi dans le développement de l'anode est d'empêcher l'anode de réagir avec l'électrolyte. Les alternatives comprennent de nouveaux matériaux électrolytiques ou la refonte de l'interface entre l'électrolyte et l'anode. D'autres défis concernent le choix particulier du matériau anodique. Les problèmes pour les anodes de silicium est l'expansion importante de volume (320%) lors de la charge. Les anodes au lithium risquent de subir des dépôts dendritiques de lithium qui peuvent diminuer la capacité énergétique ou déclencher un court-circuit.

Une cathode de nano-fils d'oxyde de manganèse offre deux à trois fois la densité énergétique des batteries lithium-ion de l'ère 2015. Dénommé M13, un virus bactériophage, génétiquement modifié depuis 2006 par des chercheurs du Massachussett Institut, permet d'augmenter la taille du réseau de nano-fils, qui est d'environ 80nm. Les fils résultants ont une surface dopée.

Les pointes créent plus de surface pour héberger les sites de réaction. Le processus viral crée une structure 3D réticulée, plutôt que des fils isolés, ce qui stabilise l'électrode.

Les batteries Li-air à électrolyte aqueux

Une batterie Li-air aqueuse est constituée d'une anode en lithium métallique, d'un électrolyte aqueux et d'une cathode en carbone poreux.
L'électrolyte aqueux combine des sels de lithium dissous dans l'eau. Il évite le problème du colmatage des cathodes car les produits de la réaction sont hydrosolubles. La conception aqueuse a un potentiel de décharge pratique plus élevé que son homologue aprotique (non aqueux).

Cependant, le lithium métallique réagit violemment avec l'eau et la conception aqueuse nécessite donc une interface électrolyte solide entre le lithium et l'électrolyte. Généralement, on utilise une céramique ou un verre conducteur au lithium, mais la conductivité est généralement faible (de l'ordre de 10-3 S/cm à température ambiante).

Batteries Li-air à électrolyte solide

Une batterie à électrolyte solide est attrayante pour sa sécurité, car il élimine le risque d'inflammation et de rupture. Les batteries Li-air à l'état solide actuelles utilisent une anode en lithium, un électrolyte en céramique, en verre ou en vitrocéramique et une cathode en carbone poreux.

L'anode et la cathode sont typiquement séparées de l'électrolyte par des composites polymère-céramique qui augmentent le transfert de charge à l'anode et couplent électro-chimiquement la cathode à l'électrolyte. Les composites polymère-céramique réduisent l'impédance globale. L'inconvénient principal est la faible conductivité de la plupart des électrolytes vitrocéramiques.

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