Un nouveau mélange de batteries pour prévenir les dendrites

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Le lithium métal, et certaines autres technologies de batteries, sont connues pour leurs performances de stockage d’énergie, bien meilleures que les technologies lithium-ion actuelles. Mais le développement du lithium métal, en particulier, est freiné par des problèmes de sécurité à cause de la présence fréquente de dendrites à l’intérieur de la batterie.

De minuscules projections en forme d’aiguilles peuvent se développer à l’intérieur d’une batterie et engendrer un certain nombre d’effets indésirables, notamment, dans le pire des cas, une panne complète de la batterie et même des incendies. Des scientifiques du Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique (PNNL) ont pu identifier l’une des causes fondamentales de ce problème dans une batterie lithium-métal, ce qui devrait permettre de poursuivre les recherches sur de nouvelles recettes d’électrolytes et résoudre complètement le problème.

« Nous ne voulons pas simplement supprimer la croissance des dendrites ; nous voulons aller à la racine et les éliminer », a déclaré Chongmin Wang, scientifique au service de sciences moléculaires environnementales de PNNL. « Mon espoir est que nos résultats inciteront la communauté à regarder ce problème de façon différente. Clairement, davantage de recherche est nécessaire. »

Les résultats du groupe sont décrits dans l’étude Origin of lithium whisker formation and growth under stress, publiée dans Nature Nanotechnology. En combinant la microscopie à force atomique et la microscopie électronique à transmission environnementale, le groupe a pu observer la croissance de dendrites dans la batterie et en mesurer la force durant sa croissance.

Leurs résultats montrent que la croissance de dendrite provient de l’électrolyte solide de la batterie (interface entre anode et cathode) – un film où l’anode au lithium métal rencontre l’électrolyte liquide. Un solvant, le carbonate d’éthylène, ajouté à l’électrolyte pour améliorer les performances, a été identifié comme le principal responsable de la croissance des dendrites. Le groupe a constaté que plus ce matériau était ajouté à l’électrolyte, plus les excroissances étaient importantes.

Cela a conduit les scientifiques à expérimenter différents mélanges d’électrolytes, en concluant que l’ajout de cyclohexane au mélange empêchait la croissance de dendrites (bien qu’aucune mention n’ait été faite sur l’effet de la présence de ce matériau sur les performances de la batterie). Il a été démontré que les excroissances cèdent, se tordent ou tout simplement cessent de croître.