La recherche prend en charge les batteries longue portée pour les véhicules électriques et les avions
Les scientifiques ont créé des électrolytes capables de supprimer la croissance des batteries lithium-métal, qui nécessitent moins de recharge et peuvent stocker plus d’énergie.
L’un des inconvénients de l’utilisation de batteries lithium-ion pour les véhicules électriques (VE) est qu’elles doivent être rechargées après environ 250 à 300 miles, ce qui limite l’autonomie de ces voitures pour les trajets plus longs.
Des chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory du Département de l’énergie, en collaboration avec l’Université Carnegie Mellon, ont peut-être trouvé un moyen de résoudre ce problème en développant des électrolytes à partir d’une combinaison de polymères et de céramiques qui peuvent supprimer une cause courante de défaillance des batteries, ont-ils déclaré.
Auparavant, les chercheurs pensaient que le remplacement des anodes en graphite par des anodes en lithium-métal résoudrait le besoin de recharger fréquemment les batteries des véhicules électriques, car elles prolongent l’autonomie de 30 à 50 %. Cependant, ils favorisent également la formation de dendrites, ou de structures en forme d’aiguille, à l’intérieur de la batterie, ce qui peut provoquer une défaillance catastrophique et ne constitue donc pas un choix optimal pour la source d’énergie d’une voiture.
L’équipe de Berkeley et Carnegie Mellon a maintenant développé une nouvelle classe d’électrolytes mous et solides qui suppriment les dendrites au début de leur nucléation, avant qu’elles ne puissent se propager et provoquer la défaillance de la batterie.
Les chercheurs imaginent que ces électrolytes peuvent être utilisés pour développer des batteries lithium-métal à semi-conducteurs qui peuvent prendre en charge la conduite à longue distance pour les véhicules électriques avec des appareils plus denses en énergie qui nécessitent moins de recharge. La découverte pourrait même potentiellement soutenir des avions qui utilisent de l’électricité au lieu de carburant, ont-ils déclaré.
« Notre technologie de suppression des dendrites a des implications passionnantes pour l’industrie des batteries », a déclaré Brett Helms, scientifique à la fonderie moléculaire de Berkeley Lab, dans un communiqué de presse. « Avec cela, les fabricants de batteries peuvent produire des batteries au lithium métal plus sûres avec à la fois une densité énergétique élevée et une longue durée de vie. »
Potentiel de production de masse
Un matériau clé utilisé dans les électrolytes est appelé polymères à microporosité intrinsèque (PIM), dont les pores sont remplis de particules de céramique nanométriques.
La flexibilité du PIMS signifie que l’électrolyte peut être utilisé comme un stratifié entre l’anode et le séparateur de batterie dans une conception d’anode appelée sous-ensembles d’électrodes au lithium, ou LESA. De cette façon, le matériau peut aider à supprimer la formation de dendrites dans la batterie.
De plus, les LESA peuvent facilement être ajoutées pour remplacer les anodes en graphite dans les appareils utilisant les chaînes de montage de batteries existantes, ce qui facilite la transition pour les fabricants vers l’utilisation de la nouvelle conception, a déclaré Helms.
L’équipe a testé l’électrolyte composite PIM à l’aide de rayons X au Berkeley Lab, créant des images 3D de l’interface entre le lithium métal et l’électrolyte. Ils ont également visualisé le placage et le décapage au lithium pendant jusqu’à 16 heures à courant élevé.
Dans leurs tests, les chercheurs ont observé une croissance continue et régulière du lithium lorsque l’électrolyte composite PIM était présent dans un appareil ; lorsqu’elle était absente, l’interface montrait des signes des premiers stades de croissance dendritique.
Les chercheurs ont publié un article sur leurs travaux dans la revue Matériaux naturels.
Bien que l’équipe ait encore du travail à faire pour prouver que la conception de la batterie peut fonctionner comme promis dans des applications réelles, les signes sont positifs que ses exigences en matière d’alimentation et de charge sont compatibles avec les futurs véhicules électriques et même potentiellement pour les avions, a déclaré Helms.
« Bien qu’il existe des exigences de puissance uniques pour les véhicules électriques et [aircraft], la technologie d’électrolyte solide composite PIM semble être polyvalente et habilitante à haute puissance », a-t-il déclaré dans un communiqué de presse.
