Des chercheurs de la Virginia Commonwealth University travaillent à améliorer la conductivité et la sécurité des batteries lithium-ion, qui sont utilisés pour alimenter de nombreux appareils électroniques à travers le monde, y compris les ordinateurs portables, iPod, satellite, coeurs artificiels et téléphones portables.

L'instabilité des batteries lithium-ion due aux électrolytes à l'état liquide qui aident à transporter les charges d'une électrode de batterie à une autre est un danger que les scientifiques peuvent prévenir, dit Puru Jena, Doctorat., professeur distingué au Département de physique du Collège des sciences humaines. Malgré cette instabilité, les électrolytes à l'état liquide sont courants dans les batteries lithium-ion en raison de leur supériorité conductrice par rapport aux électrolytes à l'état solide plus stables.

Études théoriques de Jena et de son collègue Hong Fang, un stagiaire postdoctoral au Département de physique, montrent qu'il est possible de concevoir des électrolytes à l'état solide non seulement aussi conducteurs que leurs homologues liquides, mais aussi très stables. Leurs découvertes, qui ont été publiés dans le Actes de l'Académie nationale des sciences ce mois-ci, pourrait conduire à des batteries lithium-ion plus sûres et plus puissantes.

"Théoriquement, Vous pouvez avoir votre gâteau et le manger aussi, en ce qui concerne la stabilité et la conductivité, " dit Iéna.

électrolytes, qui sont au cœur d'une batterie, sont des sels composés d'ions positifs et négatifs. Les ions positifs sont des atomes qui ont plus de protons que d'électrons, tandis que les ions négatifs ont inversement plus d'électrons que de protons.

Dans une batterie lithium-ion, les ions lithium positifs circulent entre les électrodes via des électrolytes. Les ions lithium peuvent circuler librement à travers les électrolytes à l'état liquide mais sont moins mobiles dans un électrolyte à l'état solide, ce qui affecte négativement la conductivité.

Pour améliorer la conductivité dans les électrolytes à l'état solide, les chercheurs ont produit un modèle informatique dans lequel un seul ion négatif est supprimé. Les ions d'amas négatifs (groupes d'atomes avec plus d'électrons que de protons) remplacent l'ion absent.

Les scientifiques ont conceptualisé une torsion sur un électrolyte à l'état solide spécifique précédemment testé par d'autres chercheurs. Initialement, l'électrolyte, qui appartient à une famille de cristaux appelés antipérovskites, contenait des ions positifs constitués de trois atomes de lithium et d'un atome d'oxygène. Les ions positifs ont été joints à un seul atome de chlore qui était un ion négatif.

Dans le modèle de calcul, l'atome de chlore est remplacé par un ion de cluster négatif créé par un atome de bore et quatre atomes de fluor joints aux ions positifs existants.

D'autres combinaisons d'ions amas négatifs ont été identifiées pour améliorer potentiellement la conductivité.

"Le remplacement de l'ion chlore par des ions cluster améliore la conductivité car ces ions sont plus gros et permettent aux ions lithium de se déplacer rapidement, comme s'ils étaient dans un liquide, " dit Croc.

Jena et Fang sont maintenant à la recherche de collaborateurs pour tester leur modèle informatique en laboratoire pour d'éventuelles applications de batteries lithium-ion.