L’Université américaine de Harvard a franchi une étape significative dans le développement des batteries au lithium. Les chercheurs de l’École d’ingénierie et de sciences appliquées John A. Paulson ont mis au point une nouvelle batterie au lithium métallique qui peut être chargée et déchargée au moins 6 000 fois, un record pour une cellule de batterie de ce type.
De même, elle peut être rechargée en quelques minutes seulement. Cette recherche offre une nouvelle perspective sur les matériaux utilisés pour ces batteries potentiellement transformatrices.
Une batterie au lithium métallique innovante
Les batteries à anode de lithium métallique sont souvent considérées comme le saint graal des batteries en raison de leur capacité dix fois supérieure à celle des anodes de graphite commerciales.
« Cela pourrait augmenter considérablement la distance de conduite des véhicules électriques », a précisé Xin Li, professeur associé de science des matériaux à la SEAS et auteur principal de l’article. « Notre recherche est une étape importante vers des batteries à l’état solide plus pratiques pour les applications industrielles et commerciales. »
Le défi des dendrites
Un des plus grands défis dans la conception de ces batteries est la formation de dendrites à la surface de l’anode. Ces structures, semblables à des racines, se développent dans l’électrolyte et percent la barrière séparant l’anode et la cathode, provoquant un court-circuit de la batterie ou même un incendie. Ces dendrites se forment lorsque les ions lithium se déplacent de la cathode vers l’anode lors de la charge, se fixant à la surface de l’anode dans un processus appelé plaquage.
Une solution innovante
Dans cette nouvelle recherche, l’équipe de Li a réussi à empêcher la formation de dendrites en utilisant des particules de silicium de taille micron dans l’anode pour contraindre la réaction de lithiation et faciliter le plaquage homogène d’une épaisse couche de lithium métallique.
« Dans notre conception, le lithium métallique s’enroule autour de la particule de silicium, comme une coquille de chocolat dur autour d’un noyau de noisette dans une truffe au chocolat », a conclu Xin Li.
En synthèse
La recherche menée par l’Université de Harvard a permis de développer une nouvelle batterie au lithium métallique capable de supporter au moins 6 000 cycles de charge et de décharge, un record pour une cellule de batterie de ce type.
Cette innovation pourrait montrer le chemin à des batteries à l’état solide plus pratiques pour les applications industrielles et commerciales, et potentiellement transformer l’industrie des véhicules électriques.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce qu’une batterie au lithium métallique ?
Une batterie au lithium métallique est une batterie qui utilise du lithium métallique comme matériau pour l’anode. Elle a une capacité dix fois supérieure à celle des anodes de graphite commerciales.
Qu’est-ce qu’une dendrite ?
Une dendrite est une structure qui se forme à la surface de l’anode d’une batterie lors de la charge. Elle peut provoquer un court-circuit de la batterie ou même un incendie.
Comment l’équipe de recherche a-t-elle résolu le problème des dendrites ?
L’équipe de recherche a utilisé des particules de silicium de taille micron dans l’anode pour contraindre la réaction de lithiation et faciliter le plaquage homogène d’une épaisse couche de lithium métallique.
Quels sont les avantages de cette nouvelle batterie ?
Cette nouvelle batterie peut être chargée et déchargée au moins 6 000 fois, et peut être rechargée en quelques minutes seulement.
Quelles sont les applications potentielles de cette batterie ?
Cette batterie pourrait être utilisée dans les applications industrielles et commerciales, et pourrait potentiellement transformer l’industrie des véhicules électriques.
Références
Article : « Fast cycling of lithium metal in solid-state batteries by constriction-susceptible anode materials » – DOI: s41563-023-01722-x
