Une nouvelle méthode développée par les chercheurs du TIFRH améliore considérablement la sécurité et la longévité des batteries au lithium métal en modifiant la membrane séparatrice pour supprimer la croissance des dendrites. Cette approche évolutive et rentable fait face à des défis liés aux densités de courant élevées, ce qui promet de nouveaux progrès dans la technologie des batteries.
Les batteries au lithium métal (LMB) peuvent fournir une densité énergétique près de 10 fois supérieure à celle des batteries lithium-ion (LIB) actuelles et sont donc identifiées comme l'un des futurs systèmes de stockage potentiels. Cependant, les LMB posent certains problèmes de sécurité et ne peuvent pas être utilisés pour des applications de charge rapide. La formation incontrôlée de dendrites, conduisant à un échauffement excessif et à un court-circuit de la batterie, constitue l'un des défis critiques de son développement.
Les chercheurs ont déjà tenté de répondre aux problèmes de sécurité dans les LMB, mais avec des méthodes laborieuses et coûteuses en temps et en argent. Le laboratoire de TN Narayanan de l'Institut Tata de recherche fondamentale de Hyderabad (TIFRH) rapporte une méthode simple, évolutive et rentable pour assembler une batterie au lithium métal plus sûre et plus durable.
Preeti Yadav (auteur) tenant une LED rouge lumineuse (3 V) alimentée par la batterie lithium métal modifiée à base de séparateur. Crédit : Dr Pallavi Thakur et professeur TN Narayanan
Une membrane séparatrice poreuse se trouve entre les électrodes d’une batterie, les maintient séparées et est cruciale pour éviter un court-circuit. Lorsqu'une batterie est utilisée pendant un certain temps, des structures arborescentes ou moustaches appelées dendrites commencent à se former sur l'une des électrodes. Si ces dendrites se développent de manière incontrôlable, elles peuvent en quelque sorte devenir un pont physique entre les deux électrodes, provoquant un court-circuit. Preeti Yadav et Pallavi Thakur, étudiants diplômés et auteurs principaux de l'étude, ont utilisé une poudre dérivée du graphite couramment disponible pour modifier la membrane séparatrice utilisée dans une batterie typique. Cette modification supprime la formation de dendrites et améliore considérablement la longévité de la batterie. Les chercheurs proposent que cette méthode de modification des séparateurs recèle un immense potentiel pour être étendue à un usage industriel.
Cependant, à une densité de courant très élevée de 10 mA cm-2, la batterie semble se détériorer lentement. Cela pourrait être dû à la galvanoplastie du lithium sur le carbone (un composant de la couche de dérivé de graphite déposée). Les chercheurs visent à approfondir ces défis et à comprendre le rôle des interfaces dans l’amélioration des performances d’une batterie d’un point de vue fondamental.
L’étude a été financée par l’Institut Tata de recherche fondamentale d’Hyderabad.
