Résoudre le problème de dendrite de la batterie au lithium rechargeable ouvre la porte à la conception d'une nouvelle batterie à semi-conducteurs
Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology ont expliqué la formation de dendrites dans les batteries au lithium rechargeables et comment les empêcher de traverser l'électrolyte. Cette découverte pourrait éventuellement ouvrir la porte à la conception d'une nouvelle batterie au lithium rechargeable, plus légère, plus compacte et plus sûre que la version actuelle.
Jusqu'à présent, l'utilisation commerciale des piles rechargeables au lithium métal est limitée, dont l'une est la dendrite. Les dendrites peuvent s'accumuler à la surface du lithium, pénétrer dans l'électrolyte solide, et finalement passer d'une électrode à l'autre, court-circuitant la batterie.
Les premières recherches du MIT ont révélé que les matériaux d'électrolyte solide au lithium-ion font la navette pendant la charge et la décharge de la batterie, ce qui entraînera un changement de volume d'électrode. Cela provoquera inévitablement une contrainte dans l'électrolyte solide, qui doit maintenir un contact complet avec les deux électrodes prises en sandwich au milieu."Pour déposer ce métal, il faut augmenter le volume, car la nouvelle masse augmente. Par conséquent, le volume du côté de la batterie au lithium a augmenté. S'il y a même de petits défauts, ils produiront une pression sur ces défauts, entraînant des fissures."
L'équipe de recherche constate maintenant que ces pressions peuvent conduire à des fissures, qui forment des dendrites. Les faits ont prouvé que la solution au problème consiste à exercer une pression dans la bonne direction et avec une force appropriée.
Auparavant, certains chercheurs pensaient que les dendrites étaient formées par des processus électrochimiques purs plutôt que par des processus mécaniques, mais les expériences de l'équipe ont montré que le problème était causé par des contraintes mécaniques.
Le processus de formation des dendrites cellulaires se déroule généralement dans la profondeur de matériaux opaques, qui ne peuvent pas être observés directement. Par conséquent, les chercheurs ont développé une méthode pour fabriquer des cellules minces à l'aide d'un électrolyte transparent, qui peut directement voir et enregistrer l'ensemble du processus.
L'équipe a prouvé qu'elle pouvait contrôler directement la croissance des dendrites en appliquant et en relâchant une pression, de sorte que la direction des dendrites et de la force soit parfaitement cohérente. Le stress mécanique sur l'électrolyte solide ne peut pas éliminer la formation de dendrites, mais il peut contrôler leur direction de croissance. Cela signifie qu'elles peuvent être guidées parallèlement aux deux électrodes et empêchées de passer de l'autre côté, devenant ainsi inoffensives.
Une autre méthode consiste à"drogue"et incorporer des atomes dans le matériau pour le rendre déformé et dans un état de contrainte permanent. Des expériences montrent qu'une pression de 150 à 200 MPa est suffisante pour empêcher les dendrites de traverser l'électrolyte.
Auparavant, on pensait que les structures multicouches de type sandwich pouvaient empêcher la formation de structures dendritiques. Cependant, de nouvelles expériences ont prouvé que l'extrusion de matériaux perpendiculairement à la direction de la plaque de la batterie aggraverait en fait la formation de la structure dendritique. Au lieu de cela, il devrait y avoir une pression le long de l'avion, comme s'il serrait du côté du sandwich.
