Selon une étude de Penn State, récemment publiée dans Nature Energy, il est possible de fabriquer des batteries au lithium métal d’une durée de vie nettement plus longue, d’une charge plus rapide et plus sûre.
Les chercheurs ont mis au point une éponge tridimensionnelle en polymère réticulé qui se fixe au revêtement métallique d’une anode de batterie.
« Ce projet vise à développer la prochaine génération de piles métalliques« , a déclaré Donghai Wang, professeur de génie mécanique et chercheur principal du projet. « Le lithium métal a été essayé dans les batteries pendant des décennies, mais il y a des problèmes fondamentaux qui empêchent leur avancement. »
Avec une contrainte complémentaire, comme dans les procédés de charge rapide voulus dans les véhicules électriques, les batteries au lithium-ion (Li) sont vulnérables à la croissance dendritique – des formations en forme d’aiguilles qui peuvent réduire la durée de vie du cycle et potentiellement causer des problèmes de sécurité, notamment des incendies ou des explosions.
« Notre approche consiste à utiliser un polymère à l’approche du métal Li« , explique Wang. Le matériau agit comme une éponge poreuse qui non seulement favorise le transfert d’ions, mais inhibe également la détérioration.
« Cela a permis au revêtement métallique d’être exempt de dendrites, même à basse température et dans des conditions de charge rapide, » a t-il ajouté.
Composante essentielle de la mission de l’EEI et du BEST Center, ce projet a rassemblé des chercheurs de différentes disciplines au sein de l’Université.
« La collaboration au sein de cette cohorte a vraiment contribué à faire avancer cette étude« , a expliqué M. Wang. « Cela nous a permis d’examiner les différents aspects de ce problème, du point de vue de la science des matériaux, du génie chimique, de la chimie et du génie mécanique. »
Dans le cadre de ce travail de collaboration, le groupe de Long-Qing Chen du Département des sciences et du génie des matériaux a mené des travaux de modélisation pour comprendre l’amélioration des anodes métalliques au Li.
Selon les chercheurs, les applications pratiques de ces travaux pourraient permettre de mettre au point des technologies de piles métalliques plus puissantes et plus stables, qui font partie intégrante de la vie quotidienne.
« Dans un véhicule électrique, il pourrait augmenter l’autonomie de route avant de vouloir obtenir une charge de plusieurs centaines de kms, » a déclaré Wang. « Cela pourrait aussi donner aux smartphones une plus longue durée de vie de la batterie. Nous voulons faire progresser ces technologies. Avec ces travaux, je suis certain que nous pourrons doubler la durée de vie de ces batteries en métal Li. »
Credit : Donghai Wang, Penn State
