Les courts-circuits éphémères qui ruinent nos batteries

Une équipe de chercheurs aux États-Unis a fait une découverte inattendue. Leur étude, qui porte sur un phénomène connu sous le nom de « soft-shorts », pourrait aider la communauté scientifique à concevoir de meilleures batteries pour les véhicules électriques.

Les batteries tout solides, avec des anodes en métal de lithium, sont souvent considérées comme le saint graal des technologies de batteries. Pourquoi ? Parce que le métal de lithium peut stocker une grande quantité de charge dans un petit espace, ce qui signifie qu’il peut permettre des distances de conduite beaucoup plus longues pour les véhicules électriques que les batteries traditionnelles au lithium-ion fabriquées avec des anodes en graphite.

Le métal de lithium présente encore des défis opérationnels car il reste hautement réactif avec les électrolytes liquides dans les batteries traditionnelles. Les électrolytes sont des matériaux qui déplacent des particules chargées, appelées ions, entre les deux électrodes d’une batterie, convertissant l’énergie stockée en électricité.

La découverte des « soft-shorts »

L’équipe d’Argonne a découvert que lors de la charge, des filaments de lithium peuvent se développer à partir de l’anode et pénétrer l’électrolyte. Si ces croissances deviennent suffisamment grandes et s’étendent jusqu’à la cathode, elles créent un «fil» permanent entre les électrodes. Cela peut finalement conduire à une défaillance de la batterie.

En étudiant ce phénomène, l’équipe a découvert que les batteries subissaient des «soft-shorts», qui sont de minuscules courts-circuits temporaires. Avec un « soft-short », des filaments de lithium se développent de l’anode à la cathode, mais la croissance est plus petite que dans un court-circuit permanent.

« Nous nous sommes rendu compte qu’il n’y avait pas d’articles dans la littérature qui utilisaient plus de deux de ces techniques », a déclaré M. Counihan. « Pour rendre la liste plus utile aux chercheurs, nous avons inclus des informations sur les avantages et les inconvénients de chaque méthode. Les soft-shorts étant très dynamiques, il est bon que les chercheurs disposent de nombreux outils pour mieux en comprendre l’impact. »

L’équipe souhaitait fournir aux chercheurs du monde entier des informations sur les soft-shorts afin d’éclairer leurs travaux. Par exemple, les techniques présentées dans l’article peuvent contribuer à faire progresser la conception d’électrolytes solides durs qui endiguent la croissance des filaments de lithium.

« Lorsque les chercheurs comprennent la dynamique des courts-circuits mous dans leurs batteries, ils sont mieux équipés pour affiner leurs matériaux afin d’éviter ces voies de défaillance », a conclu M. Counihan.

En synthèse

La découverte des «soft-shorts» par l’équipe d’Argonne pourrait avoir des implications majeures pour la conception des batteries de véhicules électriques. En comprenant mieux ce phénomène, les chercheurs pourraient être en mesure de concevoir des batteries qui évitent ces voies de défaillance, améliorant ainsi la durée de vie et la performance des batteries.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce qu’un « soft-short » ?

Un «soft-short» est un court-circuit temporaire dans une batterie, causé par la croissance de filaments de lithium de l’anode à la cathode.

Pourquoi les « soft-shorts » sont-ils un problème ?

Les «soft-shorts» peuvent perturber le fonctionnement normal d’une batterie et, dans certains cas, conduire à une défaillance de la batterie.

Comment cette découverte pourrait-elle aider à améliorer les batteries ?

En comprenant mieux le phénomène des «soft-shorts», les chercheurs pourraient être en mesure de concevoir des batteries qui évitent ces voies de défaillance.

Qu’est-ce qu’une batterie tout solide ?

Une batterie tout solide est une batterie qui utilise un électrolyte solide plutôt qu’un électrolyte liquide. Ces batteries sont souvent considérées comme plus sûres et plus performantes que les batteries traditionnelles.

Quels sont les avantages des anodes en métal de lithium ?

Le métal de lithium peut stocker une grande quantité de charge dans un petit espace, ce qui peut permettre des distances de conduite plus longues pour les véhicules électriques.