Électrolyte solide

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Un électrolyte solide (SSE) est un matériau solide isolant électronique mais conducteur ionique. Ce type de matériaux est utilisé comme électrolyte notamment pour réaliser des accumulateurs solides et permet le stockage de l'énergie électrique à l'aide d'une technologie alternative aux accumulateurs lithium-ion[1],[2]. Cette technologie offre l'avantage d'une très grande sécurité, car elle est dépourvue de risques de fuites et de solvants organiques toxiques, et présente un risque plus faible d'incendie, de dégagement de vapeurs, d'instabilité thermique ou mécanique, d'auto-décharge, est plus facile à fabriquer, et permet d'atteindre des densités de puissance plus élevées ainsi qu'un plus grand nombre de cycles de charge[3]. La présence d'une membrane solide entre les deux électrodes permet par exemple d'utiliser une anode en lithium métallique sans craindre la formation de dendrites comme c'est le cas avec un électrolyte liquide. Il est ainsi possible de réaliser des accumulateurs plus légers, plus minces et moins chers[4] à l'aide par exemple d'une anode de grande capacité avec un faible potentiel d'oxydoréduction, comme le lithium — avec une capacité de 3 860 mAh/g et un potentiel de −3,04 V par rapport à l'électrode standard à hydrogène — à la place du graphite, de capacité plus faible théoriquement de 372 mAh/g dans son état entièrement lithié LiC6[5]. On a pu démontrer début 2020 la faisabilité de batteries solides permettant à un véhicule électrique d'atteindre une autonomie de 800 km[6]. La principale difficulté de cette technologie reste la mauvaise conductivité ionique des électrolytes solides par rapport aux électrolytes liquides, mais les principaux constructeurs automobiles (Toyota, BMW, Honda, Hyundai) ont prévu de commercialiser pour 2025 des modèles avec des accumulateurs à électrolyte solide[7].

Typologie[modifier | modifier le code]

Les électrolytes solides ont le même rôle qu'un électrolyte liquide traditionnel. On distingue les électrolytes solides proprement dits (SSE) et les électrolytes quasi-solides (QSSE). Les électrolytes solides comprennent en outre les électrolytes solides inorganiques (ISE), les électrolytes polymères solides (SPE) et les électrolytes polymères composites (CPE). Quant aux électrolytes quasi-solides, également appelés électrolytes polymères en gel (GPE), il s'agit de membranes autoportantes contenant une certaine quantité de liquide à l'intérieur d'une matrice solide. Les électrolytes polymères solides et les électrolytes polymères en gel ont des mécanismes de conduction ionique sensiblement différents : les premiers conduisent les ions par interaction avec des groupes donneurs sur les chaînes de polymères tandis que les seconds conduisent les ions essentiellement dans le solvant ou le plastifiant[8].

Électrolytes solides[modifier | modifier le code]

Les électrolytes solides (SSE) sont classés en électrolytes solides inorganiques (ISE), électrolytes polymères solides (SPE) et électrolytes polymères composites (CPE). Ils sont solides à température ambiante et les ions les traversent donc à l'état solide. Leur principal avantage est l'élimination complète de tout constituant liquide, ce qui accroît sensiblement la sécurité de l'ensemble du dispositif, tandis que leur inconvénient majeur est une conductivité ionique sensiblement plus faible que celle des électrolytes liquides[9].

Électrolytes solides inorganiques[modifier | modifier le code]

Les électrolytes solides inorganiques (ISE) sont un type particulier d'électrolytes solides formé d'un matériau inorganique à l'état cristallin ou vitreux, qui conduit les ions par diffusion à travers le réseau ou le verre[10]. Ils offrent l'avantage de valeurs plus élevées que les autres types d'électrolytes solides pour la conductivité ionique (de l'ordre de quelques mS/cm2 à température ambiante), le module d'Young (de l'ordre du GPa) et le nombre de transport ionique[11]. Ils sont cependant fragiles, ce qui complique l'interfaçage avec les électrodes, notamment du point de vue de la résistance à l'interface et du passage à l'échelle industrielle à partir des prototypes en laboratoire[12].

Ces électrolytes peuvent réalisés à partir d'oxydes, de sulfures ou de phosphates. Ce sont par exemple les structures de type LiSICON (en) (conducteur superionique de lithium) Li2+2xZn1−xGeO4, argyrodite Li7-yBCh6-yXy (où y varie de 0 à 1, B représente le phosphore ou l'arsenic, Ch le soufre ou le sélénium, et X le chlore, le brome ou l'iode[13]) comme Li6PS5X[14], grenat (LLZO (en) Li7La3Zr2O12)[15], NaSICON (en) (conducteur superionique de sodium, comme LTP, LATP Li1+xAlxTi2−x(PO4)3, LAGP (en) Li1+xAlxGe2−x(PO4)3)[16] de formule générale Na1+xZr2SixP3−xO12 (où x varie de 0 à 3), nitrure de lithium[17] Li3N, hydrure de lithium[18] (comme le borohydrure de lithium LiBH4), pérovskite[19] (par exemple LLTO), halogénure de lithium[20] ou encore iodure d'argent et de rubidium (en) RbAg4I5[21],[22].

Il peut également s'agir de vitrocéramiques adoptant une structure amorphe plutôt que cristallisée, comme l'oxynitrure de phosphore et de lithium (LiPON)[23] et les thiophosphates de lithium Li2S–P2S5[24].

Électrolytes polymères solides[modifier | modifier le code]

Les électrolytes polymères solides (SPE) sont définis comme des solutions salines sans solvant dans un matériau polymère qui conduit les ions par interaction avec les chaînes polymères. Comparés aux électrolytes solides inorganiques, les électrolytes polymères sont bien plus faciles à mettre en forme, généralement par coulée en solution (en), ce qui les rend largement compatibles avec les processus de fabrication à grande échelle. De plus, ils ont une élasticité et une plasticité plus élevées, d'où une meilleure stabilité à l'interface, ainsi qu'une souplesse et une résistance amélioréee par rapport aux changements de volume pendant leur fonctionnement[8].

L'électrolyte polymère idéal présente à la fois une bonne dissolution des sels de lithium, une température de transition vitreuse peu élevée, une bonne compatibilité électrochimique avec les matériaux d'électrode les plus courants, un faible taux de cristallinité et une bonne stabilité mécanique[25]. Cependant, la conductivité ionique des électrolytes polymères solides est généralement inférieure à celle des polymères solides inorganiques, tandis que l'intensité du courant de charge est plus limitée, ce qui limite la charge rapide[26]. Les électrolytes polymères solides à base de polyéthylène glycol, également appelé polyoxyéthylène (PEO), sont les premiers polymères solides dans lesquels la conductivité ionique a été démontrée par mécanismes de sauts à la fois inter- et intra-moléculaires des ions mobiles, grâce aux mouvements de segments des chaînes polymères[27] ainsi qu'à la grande capacité de complexation des ions aux groupes éther, mais ils présentent une faible conductivité ionique à température ambiante (10−5 S/cm)[28] en raison de leur taux de cristallinité élevé.

Les principales alternatives aux électrolytes polymères solides à base de polyéther sont les polycarbonates[29], les polyesters[30], les polynitriles (comme le polyacrylonitrile)[31], les polyalcools (comme l'alcool polyvinylique)[32], les polyamines (comme les polyétherimides)[33], les polysiloxanes (comme le polydiméthylsiloxane)[34],[35] et les fluoropolymères (comme le polyfluorure de vinylidène)[36]. Les biopolymères comme la lignine[37], le chitosane[38] et la cellulose[39] sont également étudiés en tant qu'électrolytes polymères seuls ou mélangés avec d'autres polymères car ils sont respectueux de l'environnement tout en ayant une grande capacité de complexation avec les sels. Différentes stratégies sont par ailleurs envisagées pour accroître la conductivité ionique des électrolytes polymères solides en réduisant le taux de cristallinité de ces matériaux[40].

Électrolytes polymères composites[modifier | modifier le code]

L'introduction de particules comme charge dans la matrice polymère donne un électrolyte polymère composite (CPE). Ces particules peuvent être inertes par rapport à la conduction des cations de lithium Li+, avec pour seule fonction de faire baisser le taux de cristallinité (comme celles en alumine Al2O3, en dioxyde de titane TiO2, en dioxyde de silicium SiO2, en oxyde de magnésium MgO, en zéolithe, en montmorilloniteetc.)[41],[42],[43], elles peuvent au contraire être actives dans la conductivité ionique du matériau (lithium lanthane titane (LLTO) LiLaTiO4, lithium lanthane zirconium (LLZO (en)) Li7La3Zr2O12, lithium aluminium titane phosphate (LATP) Li1+xAlxTi2−x(PO4)3x varie de 0,3 à 0,5, etc.)[44],[45]. Selon le rapport entre polymère et particules inorganiques, on parle souvent de composite céramique-dans-polymère ou polymère-dans-céramique[46]. Il est également possible de recourir à des polymères copolymérisés[47], réticulés[48], interpénétrés (en)[49] ou mélangés[50] afin d'ajuster leurs propriétés.

Électrolytes quasi-solides[modifier | modifier le code]

Les électrolytes quasi-solides (QSSE) forment une classe de matériaux composites constitués d'un électrolyte liquide et d'une matrice solide. L'électrolyte liquide assure la conduction ionique tandis que la matrice solide assure la stabilité mécanique du matériau. Les électrolytes quasi-solides peuvent ainsi présenter des propriétés mécaniques allant de matériaux très rigides à des matériaux plutôt pâteux[51],[52],[53]. Ces électrolytes peuvent être classés en plusieurs groupes, notamment les électrolytes polymères en gel (GPE), les électrolytes ionogel (en)[54] et les électrolytes en gel. Les électrolytes polymères en gel, qui sont les électrolytes quasi-solides les plus courants, ont un mécanisme de conduction ionique sensiblement différent de celui des électrolytes polymères solides, lesquels conduisent les ions par complexation avec les groupes nucléophiles des chaînes polymères ; a contrario, les électrolytes polymères en gel conduisent les ions principalement dans le solvant, qui agit à la fois comme plastifiant[55] et pour augmenter la conductivité ionique de l'électrolyte ainsi que pour le ramollir afin d'améliorer le contact avec les électrodes. La matrice des électrolytes polymères en gel est constituée d'un réseau polymère gonflé dans un solvant contenant les ions actifs, tels que des cations de lithium Li+, de sodium Na+ ou de magnésium Mg2+. Cela permet au matériau composite de présenter à la fois les propriétés mécaniques des solides et la conductivité ionique élevée des liquides. Un certain nombre de polymères hôtes ont été utilisés pour réaliser des électrolytes polymères en gel, notamment le PEG, le PAN, le PMMA et le PVDF-HFP. Les polymères sont produits avec une porosité accrue afin de pouvoir incorporer des solvants tels que le carbonate d'éthylène (CH2O)2CO (EC), le carbonate de propylène C4H6O3 (PC), le carbonate de diéthyle (en) OC(OCH2CH3)2 (DEC) et le carbonate de diméthyle OC(OCH3)2 (DMC)[56],[57]. Le polyéthylène glycol (PEG) de faible poids moléculaire ou d'autres éthers ou solvants organiques aprotiques à permittivité élevée, comme le diméthylsulfoxyde (DMSO), peuvent également être mélangés à la matrice de polymère électrolytique solide[58],[59]. La réticulation thermique et par irradiation ultraviolette sont des moyens utiles pour polymériser les électrolytes polymères en gel in situ, directement au contact des électrodes, afin d'obtenir une interface parfaitement adhérente[60]. Des valeurs de conductivité ionique de l'ordre de 1 mS/cm peuvent être atteintes sans difficulté avec ce type d'électrolytes solides[61].

Certaines sous-classes émergentes d'électrolytes quasi-solides utilisent des matériaux divers comme matrices et solvants. Les ionogels (en), par exemple, utilisent des liquides ioniques comme solvants avec une sécurité améliorée, car ils ne sont pas inflammables et demeurent stables à haute température[54],[62]. Les matrices des ionogels peuvent aller de polymères[63] aux nanomatériaux inorganiques[52]. Ces matrices présentent une stabilité mécanique ayant un module de relaxation de l'ordre de 1 MPa voire davantage. Parallèlement, ces matériaux peuvent fournir une conductivité ionique de l'ordre de 1 mS/cm sans utiliser de solvant inflammable. Cependant, les électrolytes en gel peuvent atteindre une conductivité ionique comparable à celle des électrolytes liquides, soit de l'ordre de 10 mS/cm, tout en restant globalement solides. Des substances telles que des nanoparticules de dioxyde de silicium SiO2 sont généralement associées à des solvants de faible viscosité, comme le carbonate d'éthylène (EC), pour former un gel, dont les propriétés peuvent être modifiées en fonction de la charge de la matrice[64]. Une teneur pondérale en charge allant de 10 à 40 % de la matrice peut modifier les propriétés mécaniques de l'électrolyte en le faisant passer d'une pâte molle à un gel dur[51]. Il est cependant nécessaire de trouver le bon équilibre entre résistance mécanique et conductivité ionique en fonction de la charge de l'électrolyte car ces deux grandeurs évoluent en sens inverse. Par ailleurs, la teneur en charge de la matrice peut améliorer le nombre de transport ionique de lithium grâce à la fonctionnalisation de la matrice[65]. Ces électrolytes quasi-solides font l'objet de recherches en vue d'identifier les combinaisons optimales de matrices et de solvants[51],[64].

Perspectives[modifier | modifier le code]

La polyvalence et les propriétés des électrolytes solides permettent d'envisager des applications ayant une densité massique d'énergie élevée avec des accumulateurs moins chers que l'état de l'art actuel des accumulateurs lithium-ion ne permet pas d'atteindre. En effet, en introduisant un électrolyte solide dans l'architecture des accumulateurs, il est possible d'utiliser du lithium métallique comme matériau d'anode, avec la possibilité d'obtenir une batterie à haute densité d'énergie grâce à sa capacité spécifique élevée de 3 860 mAh/g[66]. L'utilisation d'une anode au lithium métallique (LMA) est rendue impossible dans un électrolyte liquide essentiellement en raison de la croissance dendritique des électrodes en lithium pur susceptible de provoquer des courts-circuits après quelques cycles de charge ; l'augmentation de volume, la réactivité de l'interface électrolyte-solide (SEI) et le lithium « mort » sont d'autres problèmes posés par cette technologie[67]. L'utilisation d'un électrolyte solide permet en revanche un contact homogène avec l'électrode de lithium métallique et présente les propriétés mécaniques empêchant le dépôt incontrôlé de cations de lithium Li+ pendant la phase de charge. Les électrolytes solides ont également des applications potentielles dans les accumulateurs lithium-soufre en résolvant le problème clé de l'effet « navette » polysulfure en bloquant la dissolution des espèces polysulfure dans l'électrolyte qui réduit rapidement la capacité[68].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) Steve Hanley, « Japanese Government Partners With Manufacturers On Solid State Battery Research », sur https://cleantechnica.com/, CleanTechnica (en), (consulté le ).
  2. (en) Kyle Field, « German Federal Government Invests In Solid State Battery Research », sur https://cleantechnica.com/, CleanTechnica (en), (consulté le ).
  3. (en) Zhen Chen, Guk-Tae Kim, Zeli Wang, Dominic Bresser, Bingsheng Qin, Dorin Geiger, Ute Kaiser, Xuesen Wang, Ze Xiang Shen et Stefano Passerini, « 4-V flexible all-solid-state lithium polymer batteries », Nano Energy, vol. 64,‎ , article no 103986 (DOI 10.1016/j.nanoen.2019.103986, S2CID 201287650, lire en ligne).
  4. (en) Renheng Wang, Weisheng Cui, Fulu Chu et Feixiang Wu, « Lithium metal anodes: Present and future », Journal of Energy Chemistry, vol. 48,‎ , p. 145-159 (DOI 10.1016/j.jechem.2019.12.024, lire en ligne).
  5. (en) Gaofeng Shao, Dorian A. H. Hanaor, Jun Wang, Delf Kober, Shuang Li, Xifan Wang, Xiaodong Shen, Maged F. Bekheet et Aleksander Gurlo, « Polymer-Derived SiOC Integrated with a Graphene Aerogel As a Highly Stable Li-Ion Battery Anode », ACS Applied Materials & Interfaces, vol. 12, no 41,‎ , p. 46045-46056 (PMID 32970402, DOI 10.1021/acsami.0c12376, Bibcode 2021arXiv210406759S, arXiv 2104.06759, lire en ligne).
  6. (en) Roberto Baldwin, « Samsung Reveals Breakthrough: Solid-State EV Battery with 500-Mile Range », sur https://www.caranddriver.com/, Car and Driver, (consulté le ).
  7. (en) Taehoon Kim, Wentao Song, Dae-Yong Son, Luis K. Ono et Yabing Qi, « Lithium-ion batteries: outlook on present, future, and hybridized technologies », Journal of Materials Chemistry A, vol. 7, no 7,‎ , p. 2942-2964 (DOI 10.1039/C8TA10513H, lire en ligne).
  8. a et b (en) Jonas Mindemark, Matthew J. Lacey, Tim Bowden et Daniel Brandell, « Beyond PEO—Alternative host materials for Li+-conducting solid polymer electrolytes », Progress in Polymer Science, vol. 81,‎ , p. 114-143 (DOI 10.1016/j.progpolymsci.2017.12.004, S2CID 102876830, lire en ligne).
  9. (en) A. Mauger, M. Armand, C. M. Julien et K. Zaghib, « Challenges and issues facing lithium metal for solid-state rechargeable batteries », Journal of Power Sources, vol. 353,‎ , p. 333-342 (DOI 10.1016/j.jpowsour.2017.04.018, Bibcode 2017JPS...353..333M, lire en ligne).
  10. (en) John Christopher Bachman, Sokseiha Muy, Alexis Grimaud, Hao-Hsun Chang, Nir Pour, Simon F. Lux, Odysseas Paschos, Filippo Maglia, Saskia Lupart, Peter Lamp, Livia Giordano et Yang Shao-Horn, « Inorganic Solid-State Electrolytes for Lithium Batteries: Mechanisms and Properties Governing Ion Conduction », Chemical Reviews, vol. 116, no 1,‎ , p. 140-162 (PMID 26713396, DOI 10.1021/acs.chemrev.5b00563, lire en ligne).
  11. (en) Qing Zhao, Sanjuna Stalin, Chen-Zi Zhao et Lynden A. Archer, « Designing solid-state electrolytes for safe, energy-dense batteries », Nature Reviews Materials, vol. 5, no 3,‎ , p. 229-252 (DOI 10.1038/s41578-019-0165-5, Bibcode 2020NatRM...5..229Z, S2CID 211028485, lire en ligne).
  12. (en) Xiaogang Han, Yunhui Gong, Kun (Kelvin) Fu, Xingfeng He, Gregory T. Hitz, Jiaqi Dai, Alex Pearse, Boyang Liu, Howard Wang, Gary Rubloff, Yifei Mo, Venkataraman Thangadurai, Eric D. Wachsman et Liangbing Hu, « Negating interfacial impedance in garnet-based solid-state Li metal batteries », Nature Materials, vol. 16, no 5,‎ , p. 572-579 (PMID 27992420, DOI 10.1038/nmat4821, lire en ligne).
  13. (en) Prasanth Raghavan et Jabeen Fatima, Ceramic and Specialty Electrolytes for Energy Storage Devices, CRC Press, 2021. (ISBN 978-1-000-35180-4)
  14. (en) Marvin A. Kraft, Saneyuki Ohno, Tatiana Zinkevich, Raimund Koerver, Sean P. Culver, Till Fuchs, Anatoliy Senyshyn, Sylvio Indris, Benjamin J. Morgan et Wolfgang G. Zeier, « Inducing High Ionic Conductivity in the Lithium Superionic Argyrodites Li6+xP1–xGexS5I for All-Solid-State Batteries », Journal of the American Chemical Society, vol. 140, no 47,‎ , p. 16330-16339 (PMID 30380843, DOI 10.1021/jacs.8b10282, S2CID 207195755, lire en ligne).
  15. (en) Qi Liu, Zhen Geng, Cuiping Han, Yongzhu Fu, Song Li, Yan-bing He, Feiyu Kang et Baohua Li, « Challenges and perspectives of garnet solid electrolytes for all solid-state lithium batteries », Journal of Power Sources, vol. 389,‎ , p. 120-134 (DOI 10.1016/j.jpowsour.2018.04.019, Bibcode 2018JPS...389..120L, S2CID 104174556, lire en ligne).
  16. (en) Rachel DeWees et Hui Wang, « Synthesis and Properties of NaSICON-type LATP and LAGP Solid Electrolytes », ChemSusChem, vol. 12, no 16,‎ , p. 3713-3725 (PMID 31132230, DOI 10.1002/cssc.201900725, S2CID 167209150, lire en ligne).
  17. (en) Heinz Jürgen Beister, Sabine Haag, Rüdiger Kniep, Klaus Strössner et Karl Syassen, « Phase Transformations of Lithium Nitride under Pressure », Angewandte Chemie International Edition, vol. 27, no 8,‎ , p. 1101-1103 (DOI 10.1002/anie.198811011, lire en ligne).
  18. (en) P. E. de Jongh, D. Blanchard, M. Matsuo, T. J. Udovic et S. Orimo, « Complex hydrides as room-temperature solid electrolytes for rechargeable batteries », Applied Physics A, vol. 122,‎ , article no 251 (DOI 10.1007/s00339-016-9807-2, Bibcode 2016ApPhA.122..251D, S2CID 53402745, lire en ligne).
  19. (en) Yutao Li, Henghui Xu, Po-Hsiu Chien, Nan Wu, Sen Xin, Leigang Xue, Kyusung Park, Yan-Yan Hu et John B. Goodenough, « A Perovskite Electrolyte That Is Stable in Moist Air for Lithium-Ion Batteries », Angewandte Chemie International Edition, vol. 57, no 28,‎ , p. 8587-8591 (PMID 29734500, DOI 10.1002/anie.201804114, lire en ligne).
  20. (en) Tetsuya Asano, Akihiro Sakai, Satoru Ouchi, Masashi Sakaida, Akinobu Miyazaki et Shinya Hasegawa, « Solid Halide Electrolytes with High Lithium-Ion Conductivity for Application in 4 V Class Bulk-Type All-Solid-State Batteries », Advanced Materials, vol. 30, no 44,‎ , article no 1803075 (PMID 30216562, DOI 10.1002/adma.201803075, S2CID 205288274, lire en ligne).
  21. (en) Yuchen Wang, Mert Akin, Xiaoyao Qiao, Zhiwei Yan et Xiangyang Zhou, « Greatly enhanced energy density of all-solid-state rechargeable battery operating in high humidity environments », International Journal of Energy Research, vol. 45, no 11,‎ , p. 16794-16805 (DOI 10.1002/er.6928, S2CID 236256757, lire en ligne).
  22. (en) Mert Akin, Yuchen Wang, Xiaoyao Qiao, Zhiwei Yan et Xiangyang Zhou, « Effect of relative humidity on the reaction kinetics in rubidium silver iodide based all-solid-state battery », Electrochimica Acta, vol. 355,‎ , article no 136779 (DOI 10.1016/j.electacta.2020.136779, S2CID 225553692, lire en ligne).
  23. (en) Keerthi Senevirathne, Cynthia S. Day, Michael D. Gross, Abdessadek Lachgar et N. A. W. Holzwarth, « A new crystalline LiPON electrolyte: Synthesis, properties, and electronic structure », Solid State Ionics, vol. 233,‎ , p. 95-101 (DOI 10.1016/j.ssi.2012.12.013, lire en ligne).
  24. (en) F. Mizuno, A. Hayashi, K. Tadanaga et M. Tatsumisago, « New, Highly Ion-Conductive Crystals Precipitated from Li2S–P2S5 Glasses », Advanced Materials, vol. 17, no 7,‎ , p. 918-921 (DOI 10.1002/adma.200401286, lire en ligne).
  25. (en) Daniel T. Hallinan Jr et Nitash P. Balsara, « Polymer Electrolytes », Annual Reviews, vol. 43,‎ , p. 503-525 (DOI 10.1146/annurev-matsci-071312-121705, Bibcode 2013AnRMS..43..503H, lire en ligne).
  26. (en) A. Manuel Stephan et K. S. Nahm, « Review on composite polymer electrolytes for lithium batteries », Polymer, vol. 47, no 16,‎ , p. 5952-5964 (DOI 10.1016/j.polymer.2006.05.069, lire en ligne).
  27. (en) D. E. Fenton, J. M. Parker et P. V. Wright, « Complexes of alkali metal ions with poly(ethylene oxide) », Polymer, vol. 14, no 11,‎ , p. 589 (DOI 10.1016/0032-3861(73)90146-8, lire en ligne).
  28. (en) D. R. Payne et P. V. Wright, « Morphology and ionic conductivity of some lithium ion complexes with poly(ethylene oxide) », Polymer, vol. 23, no 5,‎ , p. 690-693 (DOI 10.1016/0032-3861(82)90052-0, lire en ligne).
  29. (en) Bing Sun, Jonas Mindemark, Kristina Edström et Daniel Brandell, « Polycarbonate-based solid polymer electrolytes for Li-ion batteries », Solid State Io-ics, vol. 262,‎ , p. 738-742 (DOI 10.1016/j.ssi.2013.08.014, lire en ligne).
  30. (en) Michael A. Webb, Yukyung Jung, Danielle M. Pesko, Brett M. Savoie, Umi Yamamoto, Geoffrey W. Coates, Nitash P. Balsara, Zhen-Gang Wang et Thomas F. Miller, III, « Systematic Computational and Experimental Investigation of Lithium-Ion Transport Mechanisms in Polyester-Based Polymer Electrolytes », ACS Central Science, vol. 1, no 4,‎ , p. 198-205 (PMID 27162971, PMCID 4827473, DOI 10.1021/acscentsci.5b00195, lire en ligne).
  31. (en) Pu Hu, Jingchao Chai, Yulong Duan, Zhihong Liu, Guanglei Cui et Liquan Chen, « Progress in nitrile-based polymer electrolytes for high performance lithium batteries », Journal of Materials Chemistry A, vol. 4, no 26,‎ , p. 10070-10083 (DOI 10.1039/C6TA02907H, lire en ligne).
  32. (en) Jonas Mindemark, Bing Sun, Erik Törmä et Daniel Brandell, « High-performance solid polymer electrolytes for lithium batteries operational at ambient temperature », Journal of Power Sources, vol. 298,‎ , p. 166-170 (DOI 10.1016/j.jpowsour.2015.08.035, Bibcode 2015JPS...298..166M, lire en ligne).
  33. (en) Lei Zhang, Shi Wang, Jingyu Li, Xu Liu, Pingping Chen, Tong Zhao et Liaoyun Zhang, « A nitrogen-containing all-solid-state hyperbranched polymer electrolyte for superior performance lithium batteries », Journal of Materials Chemistry A, vol. 7, no 12,‎ , p. 6801-6808 (DOI 10.1039/C9TA00180H, S2CID 104471195, lire en ligne).
  34. (en) Qinglei Wang, Huanrui Zhang, Zili Cui, Qian Zhou, Xuehui Shangguan, Songwei Tian, Xinhong Zhou et Guanglei Cui, « Siloxane-based polymer electrolytes for solid-state lithium batteries », Energy Storage Materials, vol. 23,‎ , p. 466-490 (DOI 10.1016/j.ensm.2019.04.016, S2CID 149575379, lire en ligne).
  35. (en) Rupesh Rohan, Kapil Pareek, Zhongxin Chen, Weiwei Cai, Yunfeng Zhang, Guodong Xu, Zhiqiang Gao et Hansong Cheng, « A high performance polysiloxane-based single ion conducting polymeric electrolyte membrane for application in lithium ion batteries », Journal of Materials Chemistry A, vol. 3, no 40,‎ , p. 20267-20276 (DOI 10.1039/C5TA02628H, lire en ligne).
  36. (en) M. M. E. Jacob, S. R. S. Prabaharan et S. Radhakrishna, « Effect of PEO addition on the electrolytic and thermal properties of PVDF-LiClO4 polymer electrolytes », Solid State Ionics, vol. 104, nos 3-4,‎ , p. 267-276 (DOI 10.1016/S0167-2738(97)00422-0, lire en ligne).
  37. (en) Bo Liu, Yun Huang, Haijun Cao, Amin Song, Yuanhua Lin, Mingshan Wang et Xing Li, « A high-performance and environment-friendly gel polymer electrolyte for lithium ion battery based on composited lignin membrane », Journal of Solid State Electrochemistry, vol. 22,‎ , p. 807-816 (DOI 10.1007/s10008-017-3814-x, S2CID 103666062, lire en ligne).
  38. (en) M. Z. A. Yahya et A. K. Arof, « Effect of oleic acid plasticizer on chitosan–lithium acetate solid polymer electrolytes », European Polymer Journal, vol. 39, no 5,‎ , p. 897-902 (DOI 10.1016/S0014-3057(02)00355-5, lire en ligne).
  39. (en) Lingzhu Zhao, Jingchuan Fu, Zhi Du, Xiaobo Jia, Yanyu Qu, Feng Yu, Jie Du et Yong Chen, « High-strength and flexible cellulose/PEG based gel polymer electrolyte with high performance for lithium ion batteries », Journal of Membrane Science, vol. 539,‎ , article no 117428 (DOI 10.1016/j.memsci.2019.117428, lire en ligne).
  40. (en) C. Berthier, W. Gorecki, M. Minier, M. B. Armand, J. M. Chabagno et P. Rigaud, « Microscopic investigation of ionic conductivity in alkali metal salts-poly(ethylene oxide) adducts », Solid State Ionics, vol. 11, no 1,‎ , p. 91-95 (DOI 10.1016/0167-2738(83)90068-1, lire en ligne).
  41. (en) Dingchang Lin, Wei Liu, Yayuan Liu, Hye Ryoung Lee, Po-Chun Hsu, Kai Liu et Yi Cui, « High Ionic Conductivity of Composite Solid Polymer Electrolyte via In Situ Synthesis of Monodispersed SiO2 Nanospheres in Poly(ethylene oxide) », Nano Letters, vol. 16, no 1,‎ , p. 459-465 (PMID 26595277, DOI 10.1021/acs.nanolett.5b04117, lire en ligne).
  42. (en) Binod Kumar et Lawrence G. Scanlon, « Polymer–ceramic composite electrolytes: conductivity and thermal history effects », Solid State Ionics, vol. 124, nos 3-2,‎ , p. 239-254 (DOI 10.1016/S0167-2738(99)00148-4, lire en ligne).
  43. (en) Binod Kumar, Lawrence Scanlon, Richard Marsh, Rachel Mason, Robert Higgins et Richard Baldwin, « Structural evolution and conductivity of PEO:LiBF4–MgO composite electrolytes », Electrochimica Acta, vol. 46, nos 10-11,‎ , p. 1515-1521 (DOI 10.1016/S0013-4686(00)00747-7, lire en ligne).
  44. (en) Xinghua Liang, Di Han, Yunting Wang, Lingxiao Lan et Jie Mao, « Preparation and performance study of a PVDF–LATP ceramic composite polymer electrolyte membrane for solid-state batteries », RSC Advances, vol. 8, no 71,‎ , p. 40498-40504 (DOI 10.1039/C8RA08436J, Bibcode 2018RSCAd...840498L, lire en ligne).
  45. (en) Marlou Keller, Giovanni Battista Appetecchi, Guk-Tae Kim, Varvara Sharova, Meike Schneider, Jörg Schuhmacher, Andreas Roters et Stefano Passerini, « Electrochemical performance of a solvent-free hybrid ceramic-polymer electrolyte based on Li7La3Zr2O12 in P(EO)15LiTFSI », Journal of Power Sources, vol. 353,‎ , p. 287-297 (DOI 10.1016/j.jpowsour.2017.04.014, Bibcode 2017JPS...353..287K, lire en ligne).
  46. (en) Long Chen, Yutao Li, Shuai-Peng Li, Li-Zhen Fan, Ce-Wen Nan et John B. Goodenough, « PEO/garnet composite electrolytes for solid-state lithium batteries: From “ceramic-in-polymer” to “polymer-in-ceramic” », Nano Energy, vol. 46,‎ , p. 176-184 (DOI 10.1016/j.nanoen.2017.12.037, lire en ligne).
  47. (en) Renaud Bouchet, Sébastien Maria, Rachid Meziane, Abdelmaula Aboulaich, Livie Lienafa, Jean-Pierre Bonnet, Trang N. T. Phan, Denis Bertin, Didier Gigmes, Didier Devaux, Renaud Denoyel et Michel Armand, « Single-ion BAB triblock copolymers as highly efficient electrolytes for lithium-metal batteries », Nature Materials, vol. 12, no 5,‎ , p. 452-457 (PMID 23542871, DOI 10.1038/nmat3602, Bibcode 2013NatMa..12..452B, lire en ligne).
  48. (en) Yuhang Zhang, Wei Lu, Lina Cong, Jia Liu, Liqun Sun, Alain Mauger, Christian M. Julien, Haiming Xie et Jun Liu, « Cross-linking network based on Poly(ethylene oxide): Solid polymer electrolyte for room temperature lithium battery », Journal of Power Sources, vol. 420,‎ , p. 63-72 (DOI 10.1016/j.jpowsour.2019.02.090, Bibcode 2019JPS...420...63Z, S2CID 107653475, lire en ligne).
  49. (en) Xiaochen Liu, Guoliang Ding, Xinhong Zhou, Shizhen Li, Weisheng He, Jingchao Chai, Chunguang Pang, Zhihong Liu et Guanglei Cui, « An interpenetrating network poly(diethylene glycol carbonate)-based polymer electrolyte for solid state lithium batteries », Journal of Materials Chemistry A, vol. 5, no 22,‎ , p. 11124-11130 (DOI 10.1039/C7TA02423A, lire en ligne).
  50. (en) S. Rajendran, M. Sivakumar et R. Subadevi, « Investigations on the effect of various plasticizers in PVA–PMMA solid polymer blend electrolytes », Materials Letters, vol. 58, no 5,‎ , p. 641-649 (DOI 10.1016/S0167-577X(03)00585-8, lire en ligne).
  51. a b et c (en) Woo Jin Hyun, Cory M. Thomas et Mark C. Hersam, « Nanocomposite Ionogel Electrolytes for Solid-State Rechargeable Batteries », Advanced Energy Materials, vol. 10, no 36,‎ , article no 2002135 (DOI 10.1002/aenm.202002135, lire en ligne).
  52. a et b (en) Nan Chen, Haiqin Zhang, Li Li, Renjie Chen et Shaojun Guo, « Ionogel Electrolytes for High-Performance Lithium Batteries: A Review », Advanced Energy Materials, vol. 8, no 12,‎ , article no 1702675 (DOI 10.1002/aenm.201702675, lire en ligne).
  53. (en) A. Manuel Stephan, « Review on gel polymer electrolytes for lithium batteries », European Polymer Journal, vol. 42, no 1,‎ , p. 21-42 (DOI 10.1016/j.eurpolymj.2005.09.017, lire en ligne).
  54. a et b (en) Alok Kumar Tripathi, « Ionic liquid–based solid electrolytes (ionogels) for application in rechargeable lithium battery », Materials Today Energy, vol. 20,‎ , article no 100643 (DOI 10.1016/j.mtener.2021.100643, S2CID 233581904, lire en ligne).
  55. (en) Shishuo Liang, Wenqi Yan, Xu Wu, Yi Zhang, Yusong Zhu, Hongwei Wang et Yuping Wu, « Gel polymer electrolytes for lithium ion batteries: Fabrication, characterization and performance », Solid State Ionics, vol. 318,‎ , p. 2-18 (DOI 10.1016/j.ssi.2017.12.023, lire en ligne).
  56. (en) Masayoshi Watanabe, Motoi Kanba, Katsuro Nagaoka et Isao Shinohara, « Ionic conductivity of hybrid films based on polyacrylonitrile and their battery application », Journal of Applied Polymer Science, vol. 27, no 11,‎ , p. 4191-4198 (DOI 10.1002/app.1982.070271110, lire en ligne).
  57. (en) G. B. Appetecchi, F. Croce et B. Scrosati, « Kinetics and stability of the lithium electrode in poly(methylmethacrylate)-based gel electrolytes », Electrochimica Acta, vol. 40, no 8,‎ , p. 991-997 (DOI 10.1016/0013-4686(94)00345-2, lire en ligne).
  58. (en) Hawzhin T. Ahmed, Viyan J. Jalal, Dana A. Tahir, Azhin H. Mohamad et Omed Gh. Abdullah, « Effect of PEG as a plasticizer on the electrical and optical properties of polymer blend electrolyte MC-CH-LiBF4 based films », Results in Physics, vol. 15,‎ , p. 102735 (DOI 10.1016/j.rinp.2019.102735, Bibcode 2019ResPh..1502735A, lire en ligne).
  59. (en) Nina Verdier, David Lepage, Ramzi Zidani, Arnaud Prébé, David Aymé-Perrot, Christian Pellerin, Mickaël Dollé et Dominic Rochefort*, « Cross-Linked Polyacrylonitrile-Based Elastomer Used as Gel Polymer Electrolyte in Li-Ion Battery », ACS Applied Energy Materials, vol. 3, no 1,‎ , p. 1099-1110 (DOI 10.1021/acsaem.9b02129, lire en ligne).
  60. (en) C. Gerbaldi, J. R. Nair, G. Meligrana, R. Bongiovanni, S. Bodoardo et N. Penazzi, « UV-curable siloxane-acrylate gel-copolymer electrolytes for lithium-based battery applications », Electrochimica Acta, vol. 55, no 4,‎ , p. 1460-1467 (DOI 10.1016/j.electacta.2009.05.055, lire en ligne).
  61. (en) Haitao Bi, Gang Sui et Xiaoping Yang, « Studies on polymer nanofibre membranes with optimized core–shell structure as outstanding performance skeleton materials in gel polymer electrolytes », Journal of Power Sources, vol. 267,‎ , p. 309-315 (DOI 10.1016/j.jpowsour.2014.05.030, lire en ligne).
  62. (en) Andrzej Lewandowski et Agnieszka Świderska-Mocek, « Ionic liquids as electrolytes for Li-ion batteries—An overview of electrochemical studies », Journal of Power Sources, vol. 194, no 2,‎ , p. 601-609 (DOI 10.1016/j.jpowsour.2009.06.089, Bibcode 2009JPS...194..601L, lire en ligne).
  63. (en) Irene Osada, Henrik de Vries, Bruno Scrosati et Stefano Passerini, « Ionic-Liquid-Based Polymer Electrolytes for Battery Applications », Angewandte Chemie International Edition, vol. 55, no 2,‎ , p. 500-513 (PMID 26783056, DOI 10.1002/anie.201504971, lire en ligne).
  64. a et b (en) C. Pfaffenhuber, M. Göbel, J. Popovic et J. Maier, « Soggy-sand electrolytes: status and perspectives », Physical Chemistry Chemical Physics, vol. 15, no 42,‎ , p. 18318-18335 (PMID 24080900, DOI 10.1039/c3cp53124d, Bibcode 2013PCCP...1518318P, lire en ligne).
  65. (en) Donggun Kim, Xin Liu, Baozhi Yu, Srikanth Mateti, Luke A. O'Dell, Qiangzhou Rong et Ying (Ian) Chen, « Amine-Functionalized Boron Nitride Nanosheets: A New Functional Additive for Robust, Flexible Ion Gel Electrolyte with High Lithium-Ion Transference Number », Advanced Functional Materials, vol. 30, no 15,‎ , article no 1910813 (DOI 10.1002/adfm.201910813, lire en ligne).
  66. (en) Huadong Yuan, Jianwei Nai, He Tian, Zhijin Ju, Wenkui Zhang, Yujing Liu, Xinyong Tao et Xiong Wen (David) Lou, « An ultrastable lithium metal anode enabled by designed metal fluoride spansules », Sciences Advances, vol. 6, no 10,‎ , article no eaaz3112 (PMID 32181364, PMCID 7060059, DOI 10.1126/sciadv.aaz3112, Bibcode 2020SciA....6.3112Y, S2CID 212739571, lire en ligne).
  67. (en) Linlin Li, Siyuan Li et Yingying Lu, « Suppression of dendritic lithium growth in lithium metal-based batteries », Chemical Communications, vol. 54, no 50,‎ , p. 6648-6661 (PMID 29796542, DOI 10.1039/C8CC02280A, lire en ligne).
  68. (en) Canghai Long, Libo Li, Mo Zhai et Yuhang Shan, « Facile preparation and electrochemistry performance of quasi solid-state polymer lithium–sulfur battery with high-safety and weak shuttle effect », Journal of Physics and Chemistry of Solids, vol. 134,‎ , p. 255-261 (DOI 10.1016/j.jpcs.2019.06.017, Bibcode 2019JPCS..134..255L, S2CID 197395956, lire en ligne).

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]