La nouvelle technologie de batterie de l'Université du Michigan devrait être en mesure de prévenir le type d'incendie qui a cloué au sol les Boeing 787 Dreamliner en 2013.
L'innovation est une barrière avancée entre les électrodes dans une batterie lithium-ion.
Fabriqué avec des nanofibres extraites de Kevlar, le matériau résistant des gilets pare-balles, la barrière étouffe la croissance de vrilles métalliques qui peuvent devenir des voies indésirables pour le courant électrique.
Une équipe de chercheurs de l'UM a également fondé Elegus Technologies, basée à Ann Arbor, pour mettre cette recherche du laboratoire sur le marché. La production de masse devrait démarrer au quatrième trimestre 2016.
"Contrairement à d'autres matériaux ultra résistants comme les nanotubes de carbone, Le Kevlar est un isolant, " a déclaré Nicolas Kotov, le professeur d'ingénierie Joseph B. et Florence V. Cejka. "Cette propriété est parfaite pour les séparateurs qui doivent éviter les courts-circuits entre deux électrodes."
Les batteries lithium-ion fonctionnent en faisant passer les ions lithium d'une électrode à l'autre. Cela crée un déséquilibre de charge, et puisque les électrons ne peuvent pas traverser la membrane entre les électrodes, ils passent plutôt par un circuit et font quelque chose d'utile en chemin.
Mais si les trous dans la membrane sont trop gros, les atomes de lithium peuvent se construire en structures semblables à des fougères, appelés dendrites, qui finit par traverser la membrane. S'ils atteignent l'autre électrode, les électrons ont un chemin à l'intérieur de la batterie, court-circuiter le circuit. C'est ainsi que les incendies de batterie du Boeing 787 auraient commencé.
"La forme de fougère est particulièrement difficile à arrêter en raison de sa pointe nanométrique, " dit Siu On Tung, un étudiant diplômé du laboratoire de Kotov, ainsi que directeur de la technologie chez Elegus. "Il était très important que les fibres forment des pores plus petits que la taille de la pointe."
Alors que les largeurs de pores dans d'autres membranes sont de quelques centaines de nanomètres, ou quelques cent millièmes de centimètre, les pores de la membrane développée à U-M ont un diamètre de 15 à 20 nanomètres. Ils sont assez grands pour laisser passer les ions lithium individuels, mais assez petit pour bloquer les pointes de 20 à 50 nanomètres des structures en fougère.
Les chercheurs ont fabriqué la membrane en superposant les fibres les unes sur les autres en feuilles minces. Cette méthode maintient les molécules en forme de chaîne dans le plastique étirées, ce qui est important pour une bonne conductivité lithium-ion entre les électrodes, dit Tung.
"La particularité de ce matériau est que nous pouvons le rendre très fin, afin que nous puissions obtenir plus d'énergie dans la même taille de cellule de batterie, ou nous pouvons réduire la taille de la cellule, " a déclaré Dan VanderLey, un ingénieur qui a aidé à fonder Elegus dans le cadre du programme de maîtrise en entrepreneuriat de l'UM. "Nous avons vu beaucoup d'intérêt de la part des personnes cherchant à fabriquer des produits plus minces."
Trente entreprises ont demandé des échantillons du matériel.
La résistance à la chaleur du Kevlar pourrait également conduire à des batteries plus sûres, car la membrane a de meilleures chances de survivre à un incendie que la plupart des membranes actuellement utilisées.
Alors que l'équipe est satisfaite de la capacité de la membrane à bloquer les dendrites de lithium, ils recherchent actuellement des moyens d'améliorer le flux d'ions lithium libres afin que les batteries puissent se charger et libérer leur énergie plus rapidement.
L'étude, "Un conducteur ionique solide supprimant les dendrites à partir de nanofibres d'aramide, " apparaîtra en ligne le 27 janvier dans Communication Nature .
