Autres types d'électrolytes à base de solutions aqueuses fortement concentrées en sels (WiSE), de gels, et de polymères

Pour minimiser les implications écologiques associées à l'utilisation des batteries, nous devons choisir des chimies avec un minimum d'empreinte sur la nature. C’est ainsi que des efforts se déploient actuellement sur des électrolytes aqueux avec pour objectif d’agrandir la fenêtre électrochimique de l'eau qui est seulement de 1,23 V et ce afin d’avoir une alternative moins coûteuse, plus sûre et non toxique aux électrolytes organiques. Ce désir fût réellement réalisé via l’utilisation d’électrolytes aqueux concentrés en sel (24M Li-TFSI) et dénotés WiSE (Water in Salt Electrolyte), qui permettent de fonctionner à des potentiels supérieurs à 3 V. Ce cours tentera de mettre en perspective ces avancées sur ces nouveaux électrolytes (e.g. mélange dans lequel le soluté surpasse le solvant en termes de poids et volume). Une revue rapide de la littérature nous montrera que ce concept n’est pas nouveau puisque introduit par A. Angel en 1993 sous la notion de “Polymer in salt”, avec par la suite l’observation d’effets bénéfiques en termes de meilleure stabilité cathodique et anodique d’électrolytes non aqueux à forte teneur en sels. Par la suite, on s’attachera à décrire la science sous-tendant ce phénomène qui réside dans la modification de la couche interne d’Helmholtz tant en nature qu’en composition. Ainsi, lors de la réduction, les anions TFSI- migrent préférentiellement à l’interface où ils se décomposent, conduisant à la formation d’une couche de LiF insoluble, repoussant ainsi à un plus bas potentiel la réduction de l’eau. En revanche, l’origine du déplacement simultané du mur d'oxydation vers des potentiels plus élevés reste à ce jour très conversée. Dans la poursuite de ce concept on soulignera la possibilité de réaliser des cellules de type LiMn2O4/Li aqueuses pouvant fonctionner à 4 V et ce en combinant un électrolyte aqueux concentré en sel (WiSE) avec un traitement de surface spécifique via le dépôt d’un feuillet amorphe et hautement hydrophobe à base de molécules fluorées immiscibles. Moins médiatisés actuellement mais plus proches du domaine appliqué, on mentionnera également les électrolytes gélifiés et polymères tout solides. Ces derniers sont à l’origine de la batterie Li-polymère qui doit fonctionner à 55°C en raison de la conductivité ionique limitée de la matrice polymère et alimente les "Blue Cars", parties intégrantes du projet AUTOLIB. Des améliorations récentes seront discutées, via l’utilisation de copolymères tri-blocs sur laquelle l’anion TFSI- est fixé, augmentant ainsi le nombre de transport (tLi+), le tout résultant en une meilleure conductivité ionique tout en améliorant les propriétés mécaniques.