Les batteries conventionnelles sur lithium-ion (Li-ion) ont souffert d’une dégradation des performances qui résulte de la pénétration de l’humidité. Ils posent également des risques de sécurité potentiels des électrolytes toxiques et inflammables, ont déclaré les scientifiques.
Pour relever ces défis, les chercheurs ont développé un électrolyte avec un sel de lithium sans fluor. Ils ont décrit leurs résultats dans une étude publiée le 9 avril dans la revue Avancées scientifiques.
Les batteries d’hydrogel utilisent des électrolytes à base d’eau, qui sont non flammables et moins sujets à des fuites ou des explosions que les batteries Li-ion. Le prototype de batterie Li-ion étirée utilise l’hydrogel sous forme d’électrolyte et de séparateur. Parce qu’ils sont sans fluor, ils sont également plus sûrs pour l’environnement et moins toxiques pour l’homme, ont déclaré les scientifiques dans l’étude.
«Torture» durable
L’équipe a testé les piles prototypes dans une gamme de situations qu’ils ont décrites comme une « torture ». Les appareils ont été attaqués avec des lames pointues, coupées, poignardées, tordues et exposées à une chaleur et une humidité extrêmes.
La batterie a conservé ou maintenu un fonctionnement stable et a démontré un fonctionnement ambiant stable pour plus de 500 cycles de décharge de charge sur un mois.
L’hydrogel a maintenu une teneur en eau de 19% à 50% d’humidité relative, permettant un fonctionnement efficace de la batterie sans emballage rigide. En revanche, les batteries Li-ion standard nécessitent souvent un emballage hermétique rigide pour fournir une protection suffisante pour qu’ils fonctionnent de manière fiable.
Le package Hydrogel, électrolyte et élastomère d’auto-guérison a permis à la batterie de retrouver environ 90% de sa capacité d’origine, même après avoir subi une réduction.
Les électrolytes à base d’eau des batteries d’hydrogel reposent sur les structures polymères, qui réduisent la densité des matériaux mais, par conséquent, limitent la capacité de rétention de charge. Le Li-ion peut atteindre 200 à 300 wattheures par kilogramme (wh / kg), tandis que les batteries d’hydrogel varient de 50 à 150 wh / kg.
Les batteries traditionnelles conviennent plus aux applications à haute énergie, comme les véhicules électriques et le stockage à grande échelle. Les batteries d’hydrogel, en revanche, sont meilleures pour l’électronique flexible de nouvelle génération. Il s’agit notamment de produits tels que des trackers de fitness flexibles, des biocapteurs et des moniteurs de santé intégrés dans les vêtements, ainsi que des vêtements intelligents avec des éléments de chauffage intégrés ou des écrans LED. Leurs caractéristiques d’auto-guérison signifient que les opérations peuvent être poursuivies sans interruption ni besoin de remplacement.
L’exploration spatiale bénéficierait également de l’amélioration de la résilience d’une batterie capable de flexibilité et d’auto-guérison, comme le feraient des robots sous-marins, qui ont le besoin supplémentaire de résistance à l’eau et de tolérance au sel.
