Chimie des matériaux

Batteries lithium-ion, à électrolyte solide et lithium–soufre

Étudier le stockage réversible du lithium, la tension et la capacité, ainsi que les matériaux et interfaces qui limitent les batteries à électrolyte liquide, solides et lithium-soufre.

IntuitionUne navette chimique rechargeable

À la décharge, le lithium migre de l’électrode négative vers la positive à travers l’électrolyte, tandis que les électrons circulent dans le circuit externe. La charge inverse le sens. L’électrolyte conduit les ions mais bloque idéalement les électrons, évitant un court-circuit interne.

ScolaireChimie et capacité de la cellule

Une anode négative courante en graphite stocke le lithium entre les feuillets de carbone ; des oxydes lamellaires de métaux de transition ou des phosphates servent de cathodes positives. La tension réelle dépend de la différence de potentiel chimique du lithium, et non simplement du nom des matériaux.

UniversitairePotentiel électrochimique et interfaces

La tension à circuit ouvert est liée à la variation d’énergie de Gibbs par charge transférée. Dans une cellule réelle, les potentiels d’électrode varient avec la composition et l’activité ; la relation de Nernst décrit les tendances d’équilibre. Sous courant, chute ohmique, cinétique de transfert et transport de matière créent une polarisation qui réduit la tension aux bornes.

AvancéÉlectrolytes solides et chimie lithium-soufre

Un électrolyte solide doit réunir une conductivité Li⁺ utile, une isolation électronique, une stabilité chimique et électrochimique et un contact intime avec les électrodes poreuses. Les joints de grains et interphases peuvent dominer la résistance. Dans de nombreux systèmes Li–S liquides, la conversion du soufre produit des polysulfures solubles : capacité théorique élevée, mais navette et perte de matière active.

RechercheFrontière de la recherche