Une solution liquide pour la croissance des dendrites dans les batteries au lithium métal

L'équipe du professeur agrégé Wan Jiandi du Département de génie chimique de l'Université de Californie à Davis a publié un nouvel article dans la revue Scientific Progress, proposant une solution potentielle pour la croissance dendritique dans les batteries rechargeables au lithium métal. Dans cet article, l'équipe de Wan a démontré que les ions circulant à proximité de la cathode pourraient améliorer la sécurité et la durée de vie des batteries rechargeables de nouvelle génération.

Les batteries au lithium métal utilisent du lithium métal comme anode. Ces batteries ont une densité de charge élevée et une énergie potentielle deux fois supérieure à celle des batteries lithium-ion traditionnelles, mais la sécurité est une préoccupation majeure. Lorsqu'ils se chargent, certains ions sont réduits en lithium métallique à la surface de la cathode et forment des microstructures dendritiques irrégulières - les dendrites, qui peuvent éventuellement conduire à des courts-circuits, voire à des explosions.

La théorie est que la compétition entre le taux de transfert de masse et le taux de réduction des ions lithium près de la surface de la cathode conduit à la croissance de dendrites. Lorsque le taux de réduction des ions est beaucoup plus rapide que le transfert de masse, cela génère un espace neutre appelé couche chargée d’espace près de la cathode, qui ne contient pas d’ions. On pense que l’instabilité de cette couche conduit à la croissance des dendrites, donc la réduire ou l’éliminer peut réduire la croissance des dendrites, prolongeant ainsi la durée de vie de la batterie.

L'idée de Wan est de permettre aux ions de récupérer leur charge et d'annuler cet écart via un canal microfluidique traversant la cathode. Dans l'article, l'équipe a présenté ses tests de validation de principe et a découvert que ce flux d'ions peut réduire la croissance des dendrites jusqu'à 99 %.

Pour Wan, cette étude est passionnante car elle démontre l’efficacité des applications microfluidiques dans les problèmes liés aux batteries et ouvre la voie à de futures recherches dans ce domaine.

"Grâce à cette recherche fondamentale et à ces méthodes microfluidiques, nous pouvons comprendre quantitativement l'impact du flux sur la croissance dendritique", a-t-il déclaré. "Peu de groupes ont encore mené des recherches sur ce sujet."

Bien qu'il soit peu probable qu'il soit possible d'intégrer directement la microfluidique dans une batterie réelle, l'équipe de Wan recherche des méthodes alternatives pour appliquer les principes de base de cette étude en introduisant un flux local près de la surface de la cathode pour compenser les cations et éliminer la couche de charge d'espace.

Il a déclaré : « Nous sommes heureux d'explorer de nouvelles applications de cette recherche. » "Nous avons commencé à concevoir des surfaces cathodiques pour introduire la convection."