Développement d'un accumulateur lithium-air à très haute capacité massique – LiO2

Les batteries lithium-air représentent une rupture importante dans le domaine des batteries car elles pourraient permettre au véhicule tout électrique d’atteindre des autonomies proche du véhicule thermique (> 500 km) avec une seule charge. Un premier projet de courte durée (projet ANR « LIO » de 2 ans) a permis de montrer la faisabilité du concept Lithium-air aqueux dans lequel le produit de la réaction de décharge est stocké dans l’électrolyte aqueux et non pas dans la porosité de l’électrode à air tel que dans les systèmes Li-air anhydre.

L’objectif du projet LiO2 est de lever les verrous identifiés et de s’appuyer sur les innovations du projet LIO, pour que la technologie lithium-air aqueuse puisse passer un nouveau cap vers un accumulateur pour un véhicule électrique à très haute autonomie. Pour y arriver, le projet LiO2 a pour objectifs d’augmenter la densité de courant jusqu’à 50 mA/cm², d’augmenter le nombre de cycles à plus d’une centaine dans un premier temps, et d’augmenter la capacité à 200 mAh/cm². Enfin, la démonstration des progrès effectués sera démontrée sur un module composé de 5 cellules en utilisant de l’air ambiant avec les objectifs de performances suivants :

–2 Ah, 15V, 30 Wh
–200 mAh/cm², 10 cm²
–C/10
–100 cycles

Le projet LIO2 va développer de nouveaux matériaux céramiques conducteurs Li+ stables en contact avec Li métal. De nouvelles membranes céramiques seront également fabriquées de façon a obtenir un compartiment étanche à l’air et à l’eau avec une barrière de faible épaisseur. Cette faible épaisseur est nécessaire pour limiter la résistance de l’électrolyte et sera obtenue grâce à une support mécanique. Plusieurs techniques de fabrication seront utilisées et comparées tel que le Spark Plasma Sintering, le coulage en bande ou le Slip Casting.

De nouvelles membranes polymères électrolyte anionique particulièrement stable seront synthétisées à base de réseaux interpénétrés de polymères (RIP). Ces membranes polymères ont pour objectif de protéger l’électrode à air d’une carbonatation par le CO2 de l’air et d’une précipitation de LiOH à l’intérieur de l’électrode.

Une électrode à air réversible innovante sera également développée qui pourra être utilisée comme électrode de dégagement d’oxygène pendant la charge.

Enfin, la croissance de lithium métal sur la céramique conductrice sera étudiée par des moyens de caractérisation in-situ de cellule en charge et en cyclage. Ces études permettront d’améliorer la « cyclabilité » du lithium sur une interface solide céramique, un phénomène très peu étudiée jusqu’à présent. De nouvelles couches d’interfaces seront développées à partir de ces enseignements.