Les scientifiques ont utilisé une astuce de chimie soignée pour relever un défi majeur auquel sont confrontés les futures batteries. Leur percée ouvre la voie à la nouvelle génération véhicule électrique (EV) Batteries capables d’alimenter des voyages de 500 milles (800 kilomètres) sur une seule charge de 12 minutes.
Les batteries au lithium-métal diffèrent de la norme batteries au lithium-ion en ce que l’anode graphite est remplacé par du lithium métal. Ces conceptions offrent une densité d’énergie beaucoup plus élevée, ont déclaré les chercheurs déclaration.
Pour les conducteurs EV, cela signifie des batteries qui se chargent plus rapidement et vont plus loin. Mais les scientifiques n’ont pas été en mesure de construire des batteries au lithium-métal efficaces en raison de « dendrites » – une substance cristalline ramifiée qui se développe sur l’anode pendant la charge, érodant les performances des batterie au fil du temps. Cela s’aggrave pendant la charge rapide et augmente le risque de court-circuit de la batterie.
Mais dans une nouvelle étude, publiée le 3 septembre dans la revue Énergie de la natureles scientifiques ont trouvé un moyen de suspendre la croissance des dendrites.
Le secret réside dans un nouveau type d’électrolyte liquide. L’électrolyte liquide « inhibant » la cohésion supprime la croissance de la dendrite, augmentant les capacités de chargement rapide des batteries et prolongeant leur durée de vie à plus de 185 000 miles (300 000 km), ont indiqué les chercheurs.
Les batteries au lithium-ion et au lithium contiennent un électrolyte liquide, qui transporte des ions lithiums entre la cathode et anode Pendant que la batterie se charge et la décharge. La différence, comme mentionné, entre les deux types de batterie est que le graphite dans une batterie lithium-ion est remplacé par du lithium métal.
Dans la physique des batteries, la densité d’énergie fait référence à la quantité d’énergie qu’une batterie peut stocker par rapport à son poids ou à son volume – un facteur clé dans la mesure dans laquelle un véhicule électrique peut voyager sur une seule charge.
L’équipe de recherche a constaté que la cause sous-jacente de la formation de dendrite était la « cohésion interfaciale non uniforme à la surface du lithium métal », ont déclaré les chercheurs dans le communiqué. En d’autres termes, ils ont réalisé que les ions lithiums ne se déplaçaient pas uniformément à travers l’anode pendant la charge, créant des points faibles où les dendrites peuvent commencer à se former.
Pour résoudre ce problème, ils ont développé un électrolyte liquide qui est structuré chimiquement pour aider à s’assurer que les ions sont déposés plus uniformément à travers la surface de l’anode – aidant à les empêcher de se regrouper dans les dendrites.
Dans les tests de laboratoire, la batterie a chargé de 5% à 70% en 12 minutes et a maintenu cette vitesse supérieure à 350 cycles. Une version plus grande capacité a atteint une charge de 80% en 17 minutes sur 180 cycles de charge, ont déclaré les scientifiques.
« Cette recherche est devenue une base clé pour surmonter les défis techniques des batteries au lithium-métal en comprenant la structure interfaciale », co-auteur de l’étude Hee tak kimle professeur de génie chimique et biomoléculaire au Corée Advanced Institute of Science and Technology (Kaist), a déclaré dans le communiqué.
« Il a surmonté la plus grande barrière à l’introduction de batteries au lithium-métal pour les véhicules électriques. »
