Nouveau regard sur la formation de dendrite dans les batteries
L’analyse du problème de la batterie à partir des électrodes internes fournit de nouvelles perspectives pour les conceptions futures.
Pour parvenir à des conceptions de batteries plus sûres à l’avenir, les chercheurs sont allés à l’intérieur des électrodes de batteries lithium-ion pour en savoir plus sur la formation de structures en forme d’aiguilles appelées dendrites, qui peuvent provoquer des défaillances catastrophiques.
Une équipe de scientifiques de L’université d’Okayama dirigée par le professeur agrégé Kazuma Gotoh a suivi les ions lithium non seulement à la surface des électrodes mais également à l’intérieur de l’électrode elle-même pour observer les états de charge et de décharge.
Pour ce faire, les chercheurs ont utilisé la résonance magnétique nucléaire à l’état solide (SSNMR) pour observer à la fois les processus de surlithiation et de sursodiation des électrodes en graphite et en carbone dur en temps réel, a déclaré Kazuma. Nouvelles de conception.
La formation de dendrites sur l’électrode négative des batteries lithium-ion peut pénétrer la barrière entre les électrodes négatives et positives, provoquant un court-circuit pouvant conduire à un incendie ou à une explosion de la batterie.
Pour cette raison, les chercheurs ont examiné de près la façon dont ces structures se forment afin de pouvoir créer des conceptions de batteries qui ne rencontreront pas le même problème.
Nouvelle approche
Cette approche pour examiner ce phénomène que l’équipe de Kazuma a adoptée est différente de certaines des techniques utilisées par d’autres scientifiques pour étudier la formation de dendrites dans les électrodes, a-t-il déclaré.
« La RMN du lithium peut observer non seulement des atomes de lithium à la surface des matériaux d’électrode, mais également des atomes de lithium adsorbés dans les pores internes des matériaux d’électrode », a déclaré Kazuma. Nouvelles de conception. « C’est l’un des grands avantages par rapport aux autres méthodes d’analyse. »
Certaines de ces méthodes, telles que les microscopes électroniques ou les analyses aux rayons X, peuvent examiner en détail les dendrites de lithium ; Cependant, les scientifiques ne peuvent observer qu’une partie des atomes de lithium à la surface de l’électrode, a-t-il déclaré.
L’analyse RMN que les chercheurs ont effectuée pour suivre exactement quand les dendrites ont commencé à se former ainsi que le dépôt de lithium dans la batterie surchargée à la fois pour les électrons de graphite et de carbone.
Les ajustements de pointe des intensités de signal des composants de dendrite de lithium dans la RMN ont permis aux chercheurs d’estimer avec une assez grande précision les temps d’apparition du dépôt de dendrite de lithium à la surface des électrodes en graphite et en carbone dur pendant la surlithiation ou la surcharge.
Analyse des résultats
Ce qu’ils ont découvert par ces observations, c’est que des dendrites de lithium se forment dans l’électrode de graphite peu de temps après qu’elle soit « complètement lithiée ». En revanche, les dendrites ne se forment dans l’électrode de carbone dur qu’après l’apparition d’amas de lithium « quasimétalliques » dans les pores du carbone dur.
Ainsi, lorsque la batterie est surchargée, la formation d’amas de lithium quasi-métallique agit comme un tampon pour la formation de dendrites dans les électrodes de carbone dur, a déclaré Kazuma.
« Les pores fermés du carbone dur sont utiles non seulement pour augmenter la capacité de l’électrode négative, mais aussi pour servir de tampon pour le placage métallique qui se produit en raison d’une surcharge accidentelle de [lithium-ion and sodium-ion batteries], » il a dit Nouvelles de conception.
Pour tester l’exactitude de leurs résultats, l’équipe a même appliqué la même analyse à un autre type de batterie rechargeable, une batterie sodium-ion, et a obtenu des résultats similaires, a-t-il déclaré.
Les chercheurs ont publié un article sur leurs travaux dans le Journal de chimie des matériaux A.
La recherche devrait permettre aux concepteurs de batteries et aux entreprises produisant les appareils de « choisir des matériaux plus sûrs » à l’avenir pour éviter tout potentiel de danger, ce qui est déjà en cours, nous a dit Kazuma.
Les chercheurs prévoient de poursuivre leurs travaux pour appliquer leur analyse à différents types de batteries afin de mieux comprendre quels matériaux sont les plus sûrs, ainsi que d’évaluer les batteries usagées pour une utilisation efficace des ressources, a-t-il ajouté.
