Séparateurs intelligents pour batteries durables

Le projet Heal B and B développe une nouvelle génération de séparateurs fonctionnels pour batteries lithium-ion, transformant ce composant traditionnellement passif chimiquement en un acteur de la stabilité et de la durée de vie des cellules. L’objectif est de limiter les processus de vieillissement électrochimiques, notamment la dégradation de la Solid Electrolyte Interphase (SEI), une couche protectrice à la surface de l’électrode négative. Cette dégradation est souvent causée par la migration et l’électroréduction de métaux de transition (Ni, Mn) dissous depuis la cathode, qui accélèrent la dégradation de la SEI et par là-même la perte de performance des batteries.

Pour relever ce défi, Heal B and B conçoit des séparateurs via extrusion sous champs, produisant des fibres hybrides combinant un polymère et un réseau silicique. Cette architecture crée un réseau poreux contrôlé, essentiel pour l’imprégnation de l’électrolyte et la mobilité des ions Li⁺.

L’innovation clé réside dans l’intégration de groupes terpyridines, connus pour leur forte affinité avec les ions Ni²⁺ et Mn²⁺. Ces ligands sont incorporés soit dans la matrice silicique, soit dans la phase polymère à l’aide de PVP (polyvinylpyrrolidone). Ils permettent de piéger sélectivement les ions de métaux de transition, empêchant leur migration vers l’électrode négative et préservant ainsi la SEI. De plus, les terpyridines peuvent également capturer les protons H+, qui associés aux ions fluorure présents dans l’électrolyte forment de l’acide fluorhydrique (HF), un sous-produit corrosif des électrolytes fluorés, limitant ainsi les réactions parasites et stabilisant l’environnement électrochimique interne de la cellule.

Les premiers résultats, obtenus par cyclage électrochimique et par analyse ex-situ du séparateur par XPS, montrent que ces séparateurs capturent efficacement les ions Ni²⁺ en fonction de la quantité de terpyridine et réduisent leur accumulation près de l’électrode négative, tout en présentant un potentiel prometteur pour la neutralisation du HF.

En transformant le séparateur en élément actif de stabilisation chimique, Heal B and B ouvre la voie à des stratégies intégrées pour limiter le vieillissement des batteries, sans modifier les électrodes ni l’électrolyte. Cette approche contribue au développement de batteries plus robustes, durables et fiables, adaptées aux besoins croissants de stockage d’énergie à long terme.