Les scientifiques utilisant des neutrons ont établi la première référence (une nanoseconde) pour un mélange polymère-électrolyte et lithium-sel. Les résultats pourraient améliorer la puissance et la sécurité des batteries au lithium. Crédit : Phoenix Pleasant/ORNL, Département américain de l'énergie
Une nouvelle technique utilisant la diffusion des neutrons a révolutionné la conception des batteries au lithium, promettant des batteries plus sûres et plus efficaces.
Une équipe internationale de scientifiques a trouvé un moyen d’améliorer la conception des batteries afin de produire des batteries au lithium plus sûres et plus puissantes.
L'équipe a utilisé la diffusion quasi-élastique des neutrons au laboratoire national d'Oak Ridge pour établir la première référence, une nanoseconde, ou un milliardième de seconde, pour un mélange de sel de lithium et d'électrolyte polymère organique.
Aperçu des électrolytes polymères
« Tout se résume à l'étude des matériaux », a déclaré Eugene Mamontov, chef du groupe ORNL Chemical Spectroscopy. « Et les électrolytes polymères ne prendront pas feu comme le font les électrolytes liquides dans les batteries au lithium. »
L’équipe a utilisé la technique neutronique pour valider les simulations informatiques, mettant ainsi fin à un débat de longue date sur le temps nécessaire aux ions lithium pour se libérer des minuscules cages créées par les électrolytes polymères. La vitesse à laquelle les ions d'une batterie se libèrent de ces environnements, ou des cages de solvatation dans les électrolytes polymères, aide à déterminer la manière dont l'énergie circule à travers la batterie. Les électrolytes polymères pourraient permettre des électrodes plus denses en énergie, comme le lithium métal, ce qui donnerait lieu à des batteries au lithium plus puissantes.
Faire progresser le contrôle des matériaux de batterie
Les résultats ouvrent également la porte à un examen rapide de nouveaux matériaux de batterie à l’ORNL. « Les neutrons sont très sensibles à l’hydrogène, présent dans pratiquement tous les électrolytes. Cela nous a permis de voir comment il se déplaçait dans le système et de comprendre la dynamique des électrolytes polymères à un niveau de détail sans précédent. Nous n'aurions pas pu déterminer le temps et la durée autrement », a déclaré Naresh Osti, scientifique de l'ORNL en matière de diffusion des neutrons.
«L'interprétation par Naresh et Eugene des données neutroniques de l'expérience à l'ORNL nous a permis de comprendre dans quelle mesure les ions lithium sont enfermés dans les électrolytes polymères. Nos résultats suggèrent que cette approche générale s'appliquera aux électrolytes liquides », a déclaré Nitash Balsara, professeur d'électrochimie Charles W. Tobias à la Université de Californie, Berkeley.
