La couche protectrice ouvre la voie aux batteries chargées à froid
Des chercheurs de Penn State ont développé une solution d’auto-assemblage pour protéger les batteries lithium-métal.
Quiconque a conduit une voiture par temps froid connaît le désagrément d’une batterie ayant besoin d’être démarrée en raison de la température froide. Maintenant, des chercheurs de la Penn State University pensent qu’ils pourraient avoir une solution à ce problème en développant une nouvelle batterie avec une couche de matériau supplémentaire qui peut permettre une charge à froid.
Une équipe du Battery and Energy Storage Technology Center de l’université a créé la couche d’auto-assemblage, qui est composée de molécules électrochimiquement actives qui se décomposent en composants nécessaires pour protéger la surface d’une anode de batterie lithium-métal, a déclaré Donghai Wang, professeur de génie mécanique et chimique à Penn State qui a dirigé la recherche.
« La batterie lithium-métal est la prochaine génération de batterie après la batterie lithium-ion », a-t-il expliqué dans un communiqué de presse. « Il utilise une anode au lithium et a une densité énergétique plus élevée, mais présente des problèmes de croissance dendritique, une faible efficacité et une faible durée de vie. »
La batterie conçue par l’équipe utilise une anode au lithium, une cathode à oxyde métallique de lithium et un électrolyte qui contient également des matériaux conducteurs au lithium-ion, ainsi qu’une couche protectrice à couche mince.
Réaction de surface
La batterie seule, sans la couche, aurait tendance à faire croître des pointes de cristaux de lithium appelées dendrites si elle était chargée rapidement ou par temps froid. Les dendrites, qui ont provoqué des explosions dans les batteries lithium-ion, finiraient par court-circuiter la batterie lithium-métal, ce qui réduirait sa durée de vie et son utilité ultime.
La clé du fonctionnement de la couche est qu’elle remplit sa fonction à la surface, en ajustant la chimie moléculaire là-bas, a déclaré Wang.
« La monocouche fournira une bonne interface d’électrolyte solide lors de la charge et protégera l’anode de lithium », a-t-il déclaré dans un communiqué de presse.
Pour développer la batterie, l’équipe a déposé la monocouche sur une fine couche de cuivre. Le lithium frappe la monocouche lors de la charge de la batterie, puis se décompose pour former une couche interfaciale stable.
Protection à la demande
Cette partie décomposée de la couche d’origine se reforme au-dessus du lithium qui frappe également la couche de cuivre ainsi que la couche restante. C’est ce qui protège le lithium et empêche la formation de dendrites.
Les chercheurs ont rapporté leurs travaux sur un article dans la revue Énergie naturelle. Dans leurs résultats, ils ont dit que le La clé de la technologie est qu’elle peut former la couche protectrice en cas de besoin, couvrant à la fois le cuivre et le lithium pour permettre une charge à froid.
Wang et l’équipe envisagent que la batterie qu’ils ont développée pourrait être utilisée non seulement pour les voitures, mais aussi pour les drones ou les batteries utilisées dans d’autres applications, telles que celles sous-marines, qui se produisent à basse température.
Cependant, alors que l’équipe a découvert que leur invention améliore la batterie en augmentant sa capacité de stockage ainsi que le nombre de fois où elle peut être chargée, il reste encore du travail à faire pour créer une batterie commercialement viable. En effet, à ce stade, l’appareil ne peut être chargé que quelques centaines de fois.
