Dans le domaine du stockage d’énergie, les batteries au lithium métal (LMB) se distinguent par leur potentiel à transformer radicalement notre utilisation des technologies portables et des véhicules électriques. Une avancée notable dans la recherche sur les LMB, promet de concevoir des batteries à la fois plus durables et plus sûres.
Les batteries au lithium métal (LMB) sont reconnues pour leur densité énergétique nettement supérieure, presque dix fois plus élevée que celle des batteries lithium-ion (LIB) actuelles. Cette caractéristique les positionne comme des systèmes de stockage d’avenir particulièrement attrayants.
Toutefois, les LMB présentent des problèmes de sécurité non négligeables, notamment en raison de la formation incontrôlée de dendrites. Ces structures arborescentes peuvent provoquer une surchauffe excessive et un court-circuit de la batterie, représentant ainsi un obstacle majeur à leur développement.
Une avancée vers des batteries plus sûres
Face aux préoccupations de sécurité liées aux LMB, des chercheurs ont exploré diverses méthodes pour pallier ces risques, souvent avec des approches coûteuses en temps et en ressources. Une équipe du laboratoire de T. N. Narayanan, à l’Institut Tata de recherche fondamentale de Hyderabad (TIFRH), propose une méthode simple, évolutive et économique pour assembler une batterie au lithium métal plus sûre et plus durable.
Un élément clé de cette innovation réside dans la modification d’une membrane séparatrice poreuse, située entre les électrodes d’une batterie, pour empêcher un court-circuit. Avec le temps, l’utilisation d’une batterie entraîne la formation de dendrites sur l’une des électrodes. Si ces dendrites croissent de manière incontrôlée, elles peuvent créer un pont physique entre les deux électrodes, provoquant un court-circuit.
Preeti Yadav et Pallavi Thakur, étudiantes diplômées et principales auteures de l’étude, ont utilisé une poudre dérivée du graphite, facilement disponible, pour modifier la membrane séparatrice d’une batterie typique. Cette modification limite la formation de dendrites et améliore considérablement la longévité de la batterie.
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Les chercheurs suggèrent que cette méthode de modification de la membrane séparatrice présente un potentiel immense pour une application industrielle à grande échelle.
Des défis à relever pour l’avenir
Cependant, à une densité de courant très élevée de 10 mA cm-2, la batterie semble se détériorer progressivement. Cela pourrait être dû à l’électro-placage du lithium sur le carbone (un composant de la couche de dérivé de graphite déposée). Les chercheurs envisagent d’approfondir ces défis et de comprendre le rôle des interfaces dans l’amélioration des performances d’une batterie d’un point de vue fondamental.
Cette recherche ouvre des perspectives prometteuses pour le développement de batteries au lithium métal plus sûres et plus durables, marquant un pas important vers la résolution des problèmes de sécurité qui entravent leur adoption généralisée.
Légende illustration : Preeti Yadav (auteur) tenant une LED rougeoyante (3V) alimentée par la batterie lithium-métal à séparateur modifié. Crédit : Dr. Pallavi Thakur and Prof. T. N. Narayanan
Article : « High Rate, Dendrite Free Lithium Metal Batteries of Extended Cyclability via a Scalable Separator Modification Approach » – DOI: 10.1002/smll.202308344
