Les batteries avec anodes au lithium métalliques offrent une efficacité améliorée par rapport aux batteries lithium-ion conventionnelles en raison de leur capacité plus élevée. Cependant, les problèmes de sécurité et une courte durée de vie font obstacle. Pour mieux analyser les causes de dysfonctionnements et de défaillance prématurée de telles batteries, des chercheurs ont mis au point une technique permettant de visualiser la répartition du lithium actif sur l'anode et de différencier les dendrites du lithium « mort ». Comme indiqué dans le journal Angewandte Chemie , la technique utilise un colorant fluorescent.

Lorsqu'une batterie à anode au lithium se décharge, l'anode libère des électrons vers le circuit et des ions lithium chargés positivement vers l'électrolyte. Au fur et à mesure que la batterie est rechargée, ce processus est inversé, déposer du lithium sur l'anode. Malheureusement, le dépôt n'est pas uniforme et peut conduire à la formation de structures ramifiées appelées dendrites, qui peuvent devenir si gros qu'ils provoquent un court-circuit. En outre, leur surface spécifique plus élevée augmente les réactions secondaires indésirables entre le lithium et les composants de l'électrolyte, qui désactive le lithium. À la fin, certaines dendrites sont entièrement constituées de ce lithium "mort". Bien que les dendrites et le lithium mort nuisent à la puissance de la batterie, ils ont chacun un effet complètement différent sur l'anode. Parce que la morphologie est la même dans les deux cas, il n'a pas été possible auparavant de les différencier avec les techniques de microscopie conventionnelles.

Pour mieux comprendre les processus indésirables qui se produisent au niveau des anodes de lithium, chercheurs travaillant avec Shougang Chen, Shanmu Dong, et Guanglei Cui à l'Académie chinoise des sciences et à l'Université océanique de Chine à Qingdao (Chine), ont maintenant développé une nouvelle technique qui leur permet d'analyser la répartition des espèces actives de lithium à la surface de l'anode et de différencier les dendrites de lithium et les produits secondaires.

Les surfaces des anodes de lithium usagées sont recouvertes d'un colorant fluorescent appelé 9, 10-diméthylanthracène (DMA). Le lithium réagit avec le DMA, éteindre sa fluorescence. Les zones à lithium actif apparaissent donc sombres, tandis que les zones avec des espèces de lithium inactives continuent à devenir fluorescentes. La morphologie de l'anode n'est pas affectée.

Pour que les batteries au lithium métal soient utilisées en toute sécurité, il est très important d'identifier les causes de dysfonctionnements potentiellement dangereux. Avec cette nouvelle méthode, il est possible de détecter des dendrites qui ont conduit à la défaillance d'une batterie au lithium. Dans le développement de nouvelles batteries, cette technique facilite également la recherche de meilleurs électrolytes et fournit des prédictions concernant le dépôt irrégulier de lithium. L'identification des emplacements où se forment préférentiellement les dendrites au lithium peut aider à optimiser la structure des nouvelles batteries.