Tout le monde veut plus petit, moins cher, batteries plus durables. Trouvez-en un qui offre également une plus grande sécurité et stabilité, et vous avez le Saint Graal de meilleures batteries.

Les batteries lithium-ion sont de loin les préférées des smartphones, comprimés, ordinateurs portables, appareils photo et outils électriques rechargeables depuis des décennies. Mais ils ont aussi des inconvénients, tels que « l'emballement thermique » dans lequel une batterie tombe en panne ou prend feu en raison de l'accumulation de trop de chaleur.

Pendant des années, les chercheurs ont cherché la source du problème de chaleur et comment corriger la volatilité associée. Après trois ans de simulation de matériaux, synthèse, tests de caractérisation et de performances des batteries, Des chercheurs de l'Université du Texas à Dallas ont découvert que le problème avec les batteries lithium-ion ne réside pas dans les matériaux de la batterie.

"Il s'avère que seule la surface des matériaux de cathode de la batterie est le problème, " a déclaré le Dr Kyeongjae "K.J." Cho, professeur de science et d'ingénierie des matériaux à la Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science. "L'intérieur est OK. Cela nous donne beaucoup d'espoir de trouver un moyen de stabiliser la surface et de faire des batteries de très haute capacité une réalité."

Cho et ses collègues ont décrit leurs découvertes dans l'édition imprimée du journal du 10 janvier. Matériaux énergétiques avancés .

Cho a déclaré que les batteries à haute densité énergétique ont un prix élevé :une volatilité accrue.

"Quand une batterie est constamment chargée et rechargée, le matériau commence à se dégrader. L'énergie libérée provoque un échauffement, et la batterie prend feu. C'est essentiellement le problème de sécurité, " il a dit.

La bonne nouvelle?

"Seule la surface des matériaux de la batterie est instable et dangereuse. Si cela peut être résolu, ça peut être réparé, " il a dit.

Pendant les cycles constants de charge et de recharge, des gaz d'oxygène sont libérés de la surface des matériaux de la batterie. Au cours de ce processus, la voie de transport lithium-ion de l'intérieur vers l'extérieur peut être bloquée par la poussière de nickel métallique, qui est généré avec la libération de gaz, dit Cho.

"Quand il y a un blocage, il n'y a aucun moyen de transférer des ions lithium à la surface qui veulent entrer et sortir. Cela conduit à une diminution rapide de la capacité de la batterie. Au fur et à mesure que la quantité de chaleur augmente, les risques d'incendie et d'explosion augmentent également, " il a dit.

C'est simple, pourtant profond, la découverte à la surface des matériaux des batteries pourrait changer la façon dont les fabricants les construisent. Cho suggère qu'un revêtement d'oxyde bien conçu pourrait être ajouté à la surface de la batterie.

"Des modifications pourraient conduire à maintenir une charge plus longtemps, " a déclaré Cho. "C'est le problème que l'industrie essaie de résoudre en ce moment pour la prochaine génération de batterie lithium-ion. C'est très excitant, et nous travaillons sur la prochaine étape."

Fantai Kong Ph.D.'17, auteur principal de l'étude et ancien élève de Cho, est ingénieur senior chez Hunt Energy Enterprises à Dallas et travaille sur des projets de stockage d'énergie et de matériaux à grande échelle. Il a déclaré que la résolution du problème de chaleur dans les batteries pourrait conduire à une capacité supérieure de 20 à 30 %.

"Nous sommes juste au seuil de la viabilité commerciale. Il pourrait y avoir un produit commercial dans quelques années, " dit Kong.

Sur la base des nouvelles découvertes, Cho a déclaré que l'industrie était intéressée à travailler avec le groupe UT Dallas sur des matériaux cathodiques de nouvelle génération pour les batteries de véhicules électriques. Le groupe de Cho collabore également avec le laboratoire de recherche naval des États-Unis sur un projet de recherche de suivi visant à augmenter la capacité et la sécurité des matériaux cathodiques.