Une équipe de recherche de l'Université de l'État de Washington a mis au point un moyen de résoudre un problème de sécurité majeur avec les batteries au lithium métal, une innovation qui pourrait rendre les batteries à haute énergie plus viables pour le stockage d'énergie de nouvelle génération.

Les chercheurs ont utilisé une formulation pour leurs batteries qui a conduit à la formation d'un produit unique, couche protectrice autour de leur anode de lithium, protégeant les batteries de la dégradation et leur permettant de fonctionner plus longtemps dans des conditions typiques. Dirigé par Min-Kyu Song, professeur assistant à la WSU School of Mechanical and Materials Engineering, les chercheurs rendent compte des travaux dans la revue, Nano énergie .

Le lithium métal est considéré comme le "matériau de rêve" pour les batteries, a dit la chanson. C'est parce que parmi les matériaux solides connus, il a la densité d'énergie la plus élevée, ce qui signifie que les batteries pourraient fonctionner deux fois plus longtemps et contenir plus d'énergie que les batteries lithium-ion omniprésentes qui alimentent la plupart des appareils électroniques modernes. Alors que les batteries lithium-ion fonctionnent en faisant passer des ions lithium entre une anode en graphite et une cathode en oxyde de cobalt et de lithium, l'anode d'une batterie lithium-métal est constituée du lithium métal à haute énergie.

"Si nous pouvons utiliser directement le lithium métal, nous pouvons améliorer considérablement la densité énergétique des batteries, " dit la chanson.

Alors que les avantages du lithium métal sont connus depuis des décennies, les chercheurs n'ont jamais pu les faire fonctionner en toute sécurité. Lorsque les électrons se déplacent entre l'anode et la cathode à travers le circuit externe pour alimenter un appareil, Des dendrites ressemblant à des arbres de Noël commencent à se former sur le lithium métal. Les dendrites se développent jusqu'à provoquer des courts-circuits électriques, les feux, ou des explosions. Même s'ils ne prennent pas feu, les batteries au lithium métal perdent également très rapidement leur capacité de charge.

L'équipe de recherche WSU a développé une batterie dans laquelle ils ont emballé du disulfure de sélénium, un produit chimique non toxique utilisé dans les shampooings antipelliculaires, dans une structure de carbone poreux pour leur cathode. Ils ont ajouté deux additifs aux électrolytes liquides qui sont généralement explorés dans les batteries au lithium de nouvelle génération.

Les deux additifs ont fonctionné en synergie et ont formé une couche protectrice sur la surface métallique du lithium qui était dense, conducteur, et suffisamment robuste pour supprimer la croissance des dendrites tout en permettant une bonne stabilité en cyclage, a dit la chanson. Lorsqu'ils sont testés à des densités de courant typiques que les gens utiliseraient pour l'électronique, l'anode métallique de lithium protégée a pu se recharger 500 fois et a conservé un rendement élevé.

"Une telle couche protectrice unique a conduit à peu de changements morphologiques de l'anode de lithium au cours du cycle et a efficacement atténué la croissance des dendrites de lithium et les réactions secondaires indésirables, " il a dit.

Les chercheurs pensent que leur technologie peut être évolutive et rentable.

« Si commercialisé, cette nouvelle formulation a un réel potentiel, " Song a dit. " Par rapport aux batteries à semi-conducteurs qui sont encore des années, vous n'avez pas à modifier les procédures de fabrication, et cela serait applicable à l'industrie réelle beaucoup plus tôt, ouvrant une voie prometteuse vers le développement de batteries au lithium métal à haute énergie avec une longue durée de vie. »

Les chercheurs continuent de travailler sur la batterie, développer un séparateur qui protégera davantage les matériaux de la batterie contre la détérioration et améliorera la sécurité sans compromettre les performances.