En raison de leurs grandes densités d’énergie gravimétriques et volumétriques, les batteries Li-ion sont la technologie de choix pour l’électronique portable et la mobilité électrique. Les électrodes positives et négatives des batteries Li-ion sont capables de stocker du Li, dont le poids spécifique est un facteur décisif dans la densité d’énergie. Alors que la densité d’énergie des produits chimiques d’insertion Li-ion approche de sa limite, des recherches intensives sont orientées vers des anodes et des cathodes à haute capacité. Les batteries Li-air ou Li-O2 ont de grandes applications potentielles gourmandes en énergie telles que les véhicules électriques, en raison de leur densité d’énergie spécifique théorique extrêmement élevée.
Au niveau de l’électrode positive dans des batteries Li−O2 aprotiques typiques, le processus de (dis)charge se déroule via la formation (réaction de réduction de l’oxygène, ORR) et la décomposition (réaction d’évolution de l’oxygène, OER) de Li2O2 selon la réaction 2Li + + O2 → Li2O2. Les défis comprennent:
- Formation réversible de Li2O2 dans des conditions de cycle réalistes
- Empêchant les réactions de décomposition de l’électrolyte.
L’anode ultime est le Li-métal ayant la capacité spécifique la plus élevée pour le Li (3860 mAh g-1), plus de dix fois plus grande que les anodes en graphite standard (370 mAh g-1) et le potentiel redox le plus faible (-3,04 V par rapport à l’hydrogène standard). Les défis comprennent:
- Prévenir les réactions de décomposition de l’électrolyte et stabiliser l’interface d’électrolyte Li-métal
- Placage Li-métal compact réversible empêchant la formation de Li-dendrite.
Actuellement, le défi est d’obtenir une meilleure compréhension de ces processus fondamentaux, et d’atteindre une longue durée de vie par le développement d’électrolytes plus stables et par un meilleur contrôle de la formation et de la décomposition réversibles du Li2O2 et du Li-métal.
Dans le cadre du stockage des électrodes du groupe Électrochimique (VOIR), les mécanismes fondamentaux des cathodes Li-métal et Li2O2 sont étudiés et de nouveaux matériaux sont développés pour améliorer les performances.
