Lynden Archer, professeur de génie chimique à l'Université Cornell, pense qu'il doit y avoir une "révolution" de la technologie des batteries et pense que son laboratoire a tiré l'un des premiers coups de feu.

"Ce que nous avons maintenant [dans la technologie des batteries lithium-ion] est en fait à la limite de ses capacités, " dit Archer. " La batterie lithium-ion, qui est devenu le cheval de bataille pour alimenter les nouvelles technologies électroniques, fonctionne à plus de 90 % de sa capacité de stockage théorique. Des ajustements techniques mineurs peuvent conduire à de meilleures batteries avec plus de stockage, mais ce n'est pas une solution à long terme."

"Vous avez besoin d'une sorte de changement radical de mentalité, " il a dit, "Et cela signifie que vous devez presque commencer par le début."

Snehashis "Sne" Choudhury, doctorat '18, a trouvé ce qu'Archer appelle une solution "élégante" à un problème fondamental avec les batteries rechargeables qui utilisent des anodes de lithium métalliques denses en énergie :une instabilité parfois catastrophique due aux dendrites, qui sont des épines de lithium qui se développent à partir de l'anode lorsque les ions vont et viennent à travers l'électrolyte pendant les cycles de charge et de décharge.

Si la dendrite traverse le séparateur et atteint la cathode, un court-circuit et un incendie peuvent se produire. Il a été démontré que les électrolytes solides suppriment mécaniquement la croissance des dendrites, mais au détriment du transport rapide des ions. La solution de Choudhury :confiner la croissance des dendrites par la structure de l'électrolyte lui-même, qui peut être contrôlé chimiquement.

En utilisant une procédure de réaction que le groupe Archer a introduite en 2015, ils emploient des « nanoparticules velues réticulées - une greffe de nanoparticules de silice et d'un polymère fonctionnalisé (oxyde de polypropylène) - pour créer un électrolyte poreux qui allonge efficacement le trajet que les ions doivent emprunter pour se rendre de l'anode à la cathode et inversement, augmentant considérablement la durée de vie de l'anode.

Leur papier, "Confiner l'électrodéposition de métaux dans des électrolytes structurés, " a été publié dans Actes de l'Académie nationale des sciences . Choudhury et Dylan Vu, un junior en pleine croissance avec une spécialisation en génie chimique, sont les premiers auteurs.

Choudhury, qui se dirige vers l'Université de Stanford pour son travail postdoctoral, ont également conçu une méthode de visualisation directe du fonctionnement interne de leur batterie expérimentale. Le groupe a confirmé les prédictions théoriques sur la croissance des dendrites avec le dispositif de Choudhury.

"C'est quelque chose que j'ai voulu faire pour, J'imagine, trois doctorats la vie des étudiants, " dit Archer, qui est chez Cornell depuis 2000, avec un rire. "Ce que Sne a pu faire, c'est concevoir une cellule qui nous a permis de, très élégamment, visualiser ce qui se passe à l'interface lithium-métal, nous donnant désormais la possibilité d'aller au-delà des prédictions théoriques."

Autre nouveauté de cet ouvrage, Archer a dit, est "renverser quelque chose d'un canon" dans la science de la batterie. On a longtemps pensé que, afin de supprimer la croissance des dendrites, le séparateur à l'intérieur de la batterie doit être plus solide que le métal qu'il essaie de supprimer, mais il a été démontré que le séparateur polymère poreux de Choudhury - avec des tailles de pores moyennes inférieures à 500 nanomètres - arrête la croissance.