Les chercheurs utilisent des neutrons pour étudier un matériau de batterie qui pourrait offrir une alternative plus sûre au composant liquide inflammable présent dans la plupart des types de batteries lithium-ion.

Rob Schmidt, chercheur postdoctoral au laboratoire national d'Oak Ridge du ministère de l'Énergie, et ses collaborateurs utilisent des neutrons dans le réacteur à isotope à haut flux (HFIR) du laboratoire pour étudier un matériau de grenat à noyau solide comme substitut possible des noyaux liquides inflammables souvent utilisés dans les batteries lithium-ion.

Les batteries contiennent un matériau de base appelé électrolyte qui permet aux ions de se déplacer entre les extrémités positive et négative de la cellule pour maintenir une charge équilibrée. Cependant, la plupart des électrolytes liquides utilisés aujourd'hui dans les batteries lithium-ion sont inflammables. Schmidt étudie un matériau d'électrolyte solide pour une utilisation potentielle dans la prochaine génération de batteries lithium-ion pour une sécurité et une fiabilité accrues.

L'équipe utilise la haute sensibilité du CG-1D au lithium pour suivre la progression des ions lithium à travers l'électrolyte et observer les conditions qui conduisent à la formation de dendrites indésirables. dendrites, de fins filaments de lithium métal qui peuvent se former à l'intérieur des cellules de batterie, dégrader les performances de la batterie en créant des variations indésirables dans les distributions de courant électrique.

"Le lithium est un matériau métallique mou, donc une dendrite au lithium est capable de traverser les liquides assez facilement, ce qui facilite les courts-circuits des batteries, " a déclaré Schmidt. " Le lithium ne devrait pas subir une raideur, matériau de type céramique comme le matériau grenat que nous étudions, mais ça le fait. Nous voulons savoir pourquoi et comment cela se produit."

Schmidt a émis l'hypothèse que la première étape vers l'échec est trop de courant ionique dans une zone, suivi de la formation de dendrites dans les zones qui ont une plus grande densité de courant lithium-ion. La dendrite pourrait créer un chemin plus facile pour les charges ioniques que l'électrolyte. Une dendrite partiellement formée concentre le courant ionique vers cette voie plus facile; une fois que la dendrite se forme complètement entre les deux électrodes, il crée un court-circuit électrique interne.

« Vous ne pouvez vraiment pas bien voir les dendrites en sondant avec des rayons X, mais avec des neutrons, vous pouvez voir où le lithium absorbe vraiment les neutrons, vraiment bien, " il a dit.

Si les neutrons peuvent aider l'équipe à mieux comprendre comment se forment les dendrites, ils peuvent être en mesure d'éclairer la conception de nouvelles batteries, finalement plus sûres.