Des scientifiques résolvent un mystère des batteries, ouvrant la voie à une charge ultra-rapide

Une équipe de chercheurs américains a réalisé une percée majeure dans le domaine des batteries, en identifiant la cause des courts-circuits et des défaillances mystérieuses des cellules lithium-métal.

De minuscules fissures

Légères et ininflammables, les batteries lithium-métal de nouvelle génération présentent une densité énergétique élevée et peuvent également être rechargées très rapidement. Bien que de telles propriétés les rendent particulièrement souhaitables pour alimenter les véhicules électriques, leur fiabilité réduite empêchait jusqu’à présent leur utilisation à grande échelle.

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Si différentes hypothèses avaient été avancées au fil des années, incluant un flux involontaire d’électrons, ou une réaction chimique indésirable, William Chueh et ses collègues de l’université Stanford ont découvert que les contraintes mécaniques intervenant durant la charge étaient en cause.

Ayant impliqué une soixantaine d’expériences, leurs travaux, publiés dans la revue Nature Energy, ont montré que les défaillances étaient consécutives à la formation de fissures, bosses et fentes nanoscopiques dans les électrolytes céramiques.

« Une simple indentation, une flexion ou une torsion des batteries peut provoquer la formation de fissures nanoscopiques dans les matériaux et l’écoulement de lithium dans l’électrolyte solide, entraînant un court-circuit », expliquent les chercheurs. « Même la poussière ou d’autres impuretés introduites lors de la fabrication peuvent générer suffisamment de stress pour provoquer une défaillance. »

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Effet nid-de-poule

L’équipe compare ce phénomène à la formation d’un nid-de-poule : lorsqu’il pleut ou qu’il neige, les pneus des voitures font pénétrer l’eau dans les minuscules cavités préexistantes de la chaussée, créant des fissures qui vont s’élargir au fil du temps.

« Si le lithium a la possibilité de s’enfoncer dans l’électrolyte, il finira par relier la cathode et l’anode, entraînant la panne de la batterie », résume Geoff McConohy, co-auteur de l’étude.

Les chercheurs explorent actuellement différentes façons d’exploiter ces mêmes forces mécaniques afin de renforcer le matériau, à la manière d’un forgeron recuisant une lame en métal. Ils étudient également la possibilité de recouvrir la surface de l’électrolyte afin de prévenir les fissures ou de les combler.

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