Les scientifiques identifient la cause des dendrites et des moustaches nocives dans les batteries au lithium
Les scientifiques du PNNL Chongmin Wang, Wu Xu et Yang He avec le microscope électronique à transmission environnemental spécialement modifié qu'ils ont utilisé pour capturer des images et des vidéos de moustaches en croissance à l'intérieur d'une batterie au lithium. Crédit :Andrea Starr/PNNL
Les scientifiques ont découvert une cause fondamentale de la croissance de structures en forme d'aiguilles - connues sous le nom de dendrites et de moustaches - qui infestent les batteries au lithium, provoquant parfois un court-circuit, échec, ou même un incendie.
L'équipe, dirigé par Chongmin Wang au Pacific Northwest National Laboratory du ministère de l'Énergie, a montré que la présence de certains composés dans l'électrolyte, le matériau liquide qui rend possible la chimie critique d'une batterie, favorise la croissance des dendrites et des moustaches. L'équipe espère que la découverte conduira à de nouvelles façons d'empêcher leur croissance en manipulant les ingrédients de la batterie. Les résultats ont été publiés en ligne le 14 octobre dans Nature Nanotechnologie .
Les dendrites sont minuscules, des structures arborescentes rigides qui peuvent pousser à l'intérieur d'une batterie au lithium ; leurs projections en forme d'aiguille sont appelées moustaches. Les deux causent d'énormes dommages ; notamment, ils peuvent percer une structure appelée séparateur à l'intérieur d'une batterie, un peu comme une mauvaise herbe peut traverser un patio en béton ou une route pavée. Ils augmentent également les réactions indésirables entre l'électrolyte et le lithium, accélérer la défaillance de la batterie. Les dendrites et les moustaches freinent l'utilisation généralisée des batteries au lithium métal, qui ont une densité d'énergie plus élevée que leurs homologues lithium-ion couramment utilisés.
L'équipe du PNNL a découvert que l'origine des moustaches dans une batterie au lithium métal réside dans une structure connue sous le nom de "SEI" ou interphase à électrolyte solide, un film où la surface solide de lithium de l'anode rencontre l'électrolyte liquide. Plus loin, les scientifiques ont identifié un coupable dans le processus de croissance :le carbonate d'éthylène, un solvant indispensable ajouté à l'électrolyte pour améliorer les performances de la batterie.
Il s'avère que le carbonate d'éthylène laisse la batterie vulnérable aux dommages.
Capturer l'action rapide à l'intérieur des batteries au lithium
Les résultats de l'équipe incluent des vidéos qui montrent la croissance étape par étape d'une moustache à l'intérieur d'une batterie au lithium métal nanométrique spécialement conçue pour l'étude.
