Intercalaire en étain : une solution révolutionnaire pour éviter les courts-circuits dans les batteries lithium-ion

Les batteries lithium-ion sont réputées pour leur densité énergétique élevée, leurs capacités de recharge rapide et leur capacité à supporter de nombreux cycles de charge-décharge. Cependant, l'un des défis les plus importants auxquels ces batteries sont confrontées est leur vulnérabilité aux courts-circuits. Lorsqu'un court-circuit se produit, il peut entraîner une perte soudaine de tension ou une décharge brutale à courant élevé, ce qui peut entraîner une défaillance de la batterie. Dans les cas les plus graves, les courts-circuits peuvent même provoquer une surchauffe, une inflammation ou une explosion de la batterie.

Comprendre les courts-circuits dans les batteries lithium-ion

Un court-circuit dans une batterie lithium-ion se produit généralement lorsqu'il y a une connexion involontaire entre les deux électrodes de la cellule. Cette connexion peut entraîner une défaillance catastrophique, en particulier si elle entraîne une décharge rapide d'énergie. L'une des principales causes de courts-circuits dans ces batteries est la formation de dendrites, des structures microscopiques en forme d'arbre qui se développent sur les électrodes. Si ces dendrites se dilatent suffisamment pour atteindre l'électrode opposée, elles peuvent provoquer un court-circuit.

Le rôle des dendrites dans la défaillance des batteries

Les dendrites sont des structures cristallines qui Des dendrites se forment pendant le processus de charge, en particulier dans des conditions où les ions lithium sont déposés de manière inégale sur les surfaces des électrodes. Au fil du temps, ces dendrites se développent et peuvent finir par percer le séparateur qui sépare les électrodes, ce qui entraîne un court-circuit. Cela pose non seulement un risque pour la sécurité, mais limite également l'efficacité et la longévité de la batterie.

Recherche révolutionnaire de l'Université de l'Alberta

Des chercheurs de l'Université de l'Alberta (UAlberta), en collaboration avec le Centre canadien de rayonnement synchrotron (CLS) de l'Université de la Saskatchewan (USask), ont mis au point une approche innovante pour atténuer la formation de dendrites dans les batteries lithium-ion à l'état solide. Leurs recherches, publiées dans la revue scientifique Matériaux et interfaces appliqués ACSjournal, introduit une couche intermédiaire saturée d'étain entre l'électrode et l'électrolyte. Cette couche d'étain disperse le lithium pendant le dépôt, créant une surface plus lisse qui est moins propice à la formation de dendrites.

Comment fonctionne l'intercalaire en étain

La couche intermédiaire d'étain agit en modifiant la dynamique de dépôt du lithium sur l'électrode. Pendant le processus de charge, le lithium a tendance à se déposer d'une manière qui peut conduire à des surfaces rugueuses et irrégulières, qui sont sujettes à la croissance de dendrites. La couche saturée d'étain, cependant, favorise un dépôt plus uniforme du lithium, ce qui donne une surface lisse et résistante aux dendrites. Cela réduit considérablement le risque de courts-circuits et améliore la stabilité globale de la batterie.

Performances améliorées grâce aux structures riches en étain

Les chercheurs de l’Université d’Alberta ont découvert que les batteries équipées de cette couche intermédiaire riche en étain pouvaient supporter des courants beaucoup plus élevés et supporter davantage de cycles de charge-décharge par rapport aux cellules standard. Cette amélioration prolonge non seulement la durée de vie de la batterie, mais la rend également plus sûre pour les applications à hautes performances, comme dans les véhicules électriques ou les systèmes de stockage d’énergie à grande échelle.

Importance de la ligne de faisceau HXMA dans la recherche

Lingzi Sang, professeure adjointe de la Faculté des sciences (chimie) de l’Université d’Alberta, a souligné le rôle crucial de la ligne de faisceau HXMA du CLS dans leurs recherches. La ligne de faisceau a permis à l’équipe d’observer et de comprendre les changements structurels à la surface du lithium en temps réel, au niveau du matériau, dans une batterie active. Cela a permis d’approfondir leur compréhension de la façon dont la couche intermédiaire d’étain supprime la formation de dendrites et atténue les risques de court-circuit.

Découvertes antérieures et avenir de la sécurité des batteries

Ce n’est pas la première fois que l’équipe de l’Université d’Alberta explore le potentiel de l’étain comme couche protectrice. Dans une étude antérieure, ils ont démontré qu’un revêtement en étain pouvait également empêcher la formation de dendrites dans les batteries lithium-ion à électrolyte liquide. Ces résultats cumulés laissent entrevoir une applicabilité plus large de la technologie de la couche intermédiaire en étain à différents types de batteries lithium-ion.

Implications industrielles et orientations futures

Selon le professeur Sang, le développement de cette technique de couche intermédiaire en étain présente un potentiel d'application industrielle important. La prochaine étape pour l'équipe de recherche consiste à développer une méthode rentable et évolutive pour intégrer cette couche protectrice dans le processus de fabrication de batteries lithium-ionSi cela réussit, cela pourrait conduire à une nouvelle génération de batteries plus sûres et plus fiables, largement utilisées dans le commerce.