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Comment stabiliser les batteries tout-solide en coinçant les dendrites de lithium

MANUEL MORAGUES

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Comment stabiliser les batteries tout-solide en coinçant les dendrites de lithium

Comment empêcher de façon durable la croissance de dendrites de lithium dans des batteries tout solide ? En les coinçant dans un électrolyte multi-couches à la manière d’une cheville fixant une vis dans un mur. C’est la réponse d’un duo de chercheurs de l’Université de Harvard, qui a publié ses travaux dans Nature le 12 mai.

Les dendrites représentent le cauchemar des batteries lithium-ion : se créant au cours des cycles de charge-décharge avec l’agglomération d’atomes de lithium, elles forment des excroissances sur les électrodes. Non seulement elles détournent du lithium de son rôle de porteur de charge, mais, surtout, elles peuvent pousser jusqu’à l’électrode opposée et générer un court-circuit dévastateur.

Un électrolyte solide est a priori à même de bloquer ces dendrites et de permettre ainsi l’utilisation d’anodes en lithium métallique, synonymes de plus grande densité énergétique mais plus propices à la formation de ces dendrites que les anodes en graphite. Sauf qu’en pratique, soulignent les chercheurs, des fissures se forment fréquemment dans les électrolytes solides céramiques utilisés, ce qui aboutit à la pénétration de dendrites de lithium.

Un sandwich de céramiques de différentes stabilités

Leur solution consiste en l’utilisation d’un électrolyte composé d’un sandwich de céramiques de différentes stabilités : deux couches plus stables entourant une couche moins stable. De la sorte, quand une proto-dendrite atteint la couche moins stable, elle y provoque une décomposition chimique très localisée qui génère une contrainte mécanique bloquant la croissance de la dendrite. Un effet que les auteurs comparent à celui d’une cheville bloquant une vis dans un mur.

Avec leur électrolyte, les chercheurs ont réalisé un prototype de cellule avec une anode de lithium métallique et une cathode LMNC s’avérant d’une grande stabilité : après 10 000 cycles à un courant de 8,6 mA/cm², la cellule conserve 82% de sa capacité. Et la densité énergétique au niveau de la cathode atteint jusqu’à 631 Wh/kg, soit le niveau d’une cellule Li-ion NMC.

Les batteries tout-solide représentent la prochaine génération de batteries Li-ion pour l’automobile.

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