Un nouveau type de batterie rechargeable au lithium est désormais possible grâce à la résolution de ce mystère par les scientifiques
Les laboratoires du monde entier s’efforcent de réaliser cette percée depuis des années.
Le développement d’un nouveau type de batterie rechargeable au lithium, recherché par les laboratoires du monde entier depuis des années, qui soit plus léger, plus compact et plus sûr que les batteries actuelles, pourrait désormais être possible grâce à une découverte faite par des chercheurs du MIT.
À l’heure actuelle, il existe deux composants essentiels de cette avancée potentielle dans la technologie des batteries.
La première consiste à remplacer l’électrolyte liquide entre les électrodes positive et négative par une couche beaucoup plus fine et légère de matériau céramique solide. La seconde consiste à remplacer une électrode par un lithium métallique solide.
En procédant ainsi, la taille et le poids totaux de la batterie sont considérablement réduits, et les électrolytes liquides inflammables qui représentent un danger pour la sécurité sont supprimés. Cependant, les dendrites se sont révélées être un obstacle considérable à cette entreprise.
Jusqu’à présent, ce qui crée les dendrites ou comment les prévenir était un mystère
Les dendrites sont des excroissances métalliques qui peuvent s’accumuler à la surface du lithium, percer l’électrolyte solide et finalement passer d’une électrode à l’autre, court-circuitant ainsi la cellule de la batterie. Leur nom est dérivé du mot latin signifiant “branches”.
Jusqu’à présent, on n’a pas beaucoup progressé dans la compréhension de ce qui provoque ces filaments métalliques ou de la manière de les empêcher de se produire, ce qui fait des piles solides légères une alternative pratique.
La nouvelle étude bat en brèche une croyance antérieure selon laquelle les dendrites se forment par des processus mécaniques
La nouvelle étude, qui a été publiée aujourd’hui (18 novembre), semble non seulement répondre à la question de savoir ce qui déclenche la croissance des dendrites, mais elle démontre également comment on peut empêcher les dendrites de percer l’électrolyte.
Les résultats de l’équipe montrent que ce sont les contraintes mécaniques qui créent le problème. Auparavant, certains chercheurs pensaient que les dendrites se formaient par un processus uniquement électrochimique plutôt que mécanique.
Dans une étude antérieure, l’équipe a fait une découverte “surprenante et inattendue”. Au cours du processus de charge et de décharge de la batterie, le va-et-vient des ions entraîne une modification du volume des électrodes.
La production de dendrites est due à un changement de volume de l’électrolyte solide
L’équipe affirme que ce changement de volume provoque inévitablement des contraintes dans l’électrolyte solide, qui doit rester entièrement en contact avec les électrodes entre lesquelles il est pris en sandwich.
“Il y a une augmentation du volume du côté de la cellule où le lithium est déposé. Et s’il y a des défauts, même microscopiques, cela génère une pression sur ces défauts qui peut provoquer des fissures”, a déclaré le professeur Yet-Ming Chiang du MIT, co-auteur de l’étude dans un communiqué de presse.
L’équipe a maintenant démontré que ces forces sont à l’origine des fissures qui permettent la formation des dendrites. L’ajout d’une contrainte supplémentaire dans la direction idéale, et avec la puissance parfaite, est la réponse à ce problème.
Les dendrites pourraient être rendues inoffensives
Les dendrites peuvent être rendues inoffensives en étant dirigées – par la pression – de manière à rester parallèles aux deux électrodes et à ne jamais passer du côté opposé. Cette direction serait comme si vous pressiez un sandwich par les côtés.
Cela pourrait enfin rendre pratique la production de batteries utilisant un électrolyte solide et des électrodes en lithium métallique. Non seulement ces batteries contiendraient plus d’énergie dans un volume et un poids donnés, mais elles élimineraient également le besoin d’électrolytes liquides, qui sont des matériaux inflammables.
Cela pourrait éventuellement rendre possible la fabrication de batteries avec des électrodes en lithium métallique et des électrolytes solides. Celles-ci contiendraient non seulement plus d’énergie pour un volume et un poids donnés, mais élimineraient également la nécessité d’utiliser des électrolytes liquides inflammables.
“C’est une compréhension… nous pensons que l’industrie doit être consciente et essayer de l’utiliser pour concevoir de meilleurs produits”
“Je dirais qu’il s’agit d’une compréhension des modes de défaillance des batteries à l’état solide dont nous pensons que l’industrie doit être consciente et essayer de s’en servir pour concevoir de meilleurs produits”, a déclaré Chiang.
Selon M. Chiang, la prochaine étape de l’équipe consistera à tenter d’appliquer ces concepts à la production d’un prototype fonctionnel de batterie. Ensuite, elle déterminera précisément quelles techniques de fabrication seraient nécessaires pour construire de telles batteries en grande quantité.
Il affirme que, même s’ils ont déposé une demande de brevet, les chercheurs n’ont pas l’intention de commercialiser cette technologie, car d’autres entreprises sont actuellement engagées dans la recherche et le développement de batteries à l’état solide.
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Source : Interesting Engineering – Traduit par Anguille sous roche
