Des chercheurs «guérissent» la croissance destructrice de dendrites dans des batteries au lithium-métal

Celles-ci  photos show dendrites after pulses of different current les densités sont appliquées, de la densité la plus faible en haut à la plus élevée en  le fond.  Agrandir / Ces photos montrent des dendrites après des impulsions de courant différent densities are applied, from lowest density at the top to highest atthe bottom.

Les dendrites, structures ramifiées ressemblant à des branches d’arbres, sont amusantes dessiner et bon sur les neurones, mais ils sont généralement mieux évités dans batteries lithium-ion. Comme les ions sont échangés entre l’anode et cathode sur plusieurs cycles de charge et de décharge, lithium électrodes vont parfois pousser des dendrites qui peuvent se développer à travers l’électrolyte qui sépare l’anode et la cathode. TheseLes dendrites peuvent réduire la capacité de la batterie, raccourcir la vie de la batterie, ou même démarrer des feux lorsque les dendrites chauffent. (Des dendrites ont été trouvés dans les batteries du Boeing 787 les incendies de batterie survenus en 2014, par exemple.)

Mais les chercheurs de l’Dans stitut polytechnique de Rensselaer de Troy, New York ont ​​proposé un moyen d’améliorer cette dendrite croissance. Ils ont fait cela en ne luttant pas contre les dendrites et essayer de les contenir (comme beaucoup de chercheurs ont tenté de le faire), mais en utilisant la tendance des dendrites à chauffer en réponse � densité de courant élevée pour réduire la croissance de ces électrodes.

En appliquant une impulsion à courant élevé à une anode en lithium-métal, le les chercheurs ont pu produire de la chaleur qui n’a pas suffi à fondre le lithium métal mais était suffisant pour encourager “la surface étendue “migration” des atomes de lithium. Cela a essentiellement “guéri” la anode lithium-métal de dendrites en croissance récente, qui aplanit la surface de l’anode de lithium à nouveau.

“Nous montrons que des doses répétées de cicatrisation à haute densité de courant traitement permet le recyclage en toute sécurité des batteries Li-Soufre à haute efficacité coulombique “, ont noté les chercheurs. Efficacité coulombique décrit l’efficacité avec laquelle les électrons sont transférés dans un système, et c’est une mesure importante pour les nouveaux matériaux de batterie. Inces tests, l’efficacité coulombique est revenue à environ 100 pour cent une Quelques heures après l’application des impulsions à courant élevé.

Les chercheurs admettent que la densité de courant élevée est généralement une cause de dendrites, pas une solution à eux. Mais ils disent qu’un densité de courant de 9 milliampères par centimètre carré (mA cm − 2) est une sorte de point d’application de Goldilocks: “Le chauffage local donne le flux et le flux de Li [lithium], déclenchant une surface étendue diffusion, qui adoucit les dendrites … L’auto-échauffement est � niveaux de sécurité, en dessous de tout danger de panne d’électrolyte ou thermique dommages au séparateur “.

Sur une batterie Li-Li test, l’effet cicatrisant de la dendrite était encore plus prononcé, à 15 mA cm − 2. Quand ce courant la densité a été appliquée, les dendrites ont fusionné “à travers l’ensemble épaisseur de la couche dendritique … se transformant en un couche lisse et compacte (dense) “, écrivent les auteurs du document.

Les chercheurs ont ensuite testé les batteries pour voir si la guérison du les dendrites ont étendu leur vie. Les cellules qui avaient reçu plus petit impulsions de densité de courant en court-circuit dans environ 500 heures “en raison de la projections dendritiques “qui se sont développées sur les électrodes de lithium. les cellules qui ont été pulsées avec des densités de courant supérieures à 9 mA cm − 2 “n’a montré aucune indication de court-circuit électrique même après 2000 heures. ”

Lectures complémentaires

La nouvelle batterie lithium-air survit à des centaines de cyclesCette recherche est particulièrement intéressant parce qu’il a été mené (jeu de mots?) avec du lithium métal. Le lithium métal n’a pas été beaucoup utilisé dans les batteries en dehors d’un laboratoire en raison de sa tendance à développer des dendrites, même si ces batteries sont denses en énergie. Mais si c’est possible pour “soigner” les dendrites au fur et à mesure de leur formation, susceptibles de produire du lithium métal anodes, et donc des batteries plus denses en énergie, une possibilité.

Bien qu’il ne s’agisse là que d’une étape supplémentaire dans une longue ligne de la recherche sur le lithium métal, la vue d’ensemble est qu’un plus batterie à haute densité énergétique pourrait donner naissance à des voitures électriques ayant une durée de vie plus longue gammes ou même aux avions électriques. Lors d’un récent sommet tenu par le Advanced Research Projects Agency (ARPA-E), chercheur pour le compte de Boeing a déclaré qu’une densité d’énergie de 500 wattheures par kilogramme (Wh / kg) serait le minimum nécessaire pour voler un très petit avion sur batteries. Actuellement, une cellule de batterie au lithium-ion de 18 650 a une densité d’énergie de 250 Wh / kg. Et des étapes supplémentaires comme celle-ci la recherche ouvre les portes à de nouveaux matériaux qui pourraient changer cela nombre pour le mieux.

Science, 2018. DOI: 10.1126 / science.aap8787 (À propos des DOI).

Image d’annonce par Wikimedia Commons

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