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Des batteries lithium-ion plus fines et plus sûres grâce au Kevlar

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Elegus Technologies, une spin-off de l'université du Michigan aux États-Unis, a exploité les propriétés du Kevlar pour fabriquer une membrane nanométrique qui isole les électrodes dans les batteries lithium-ion. Cela permet non seulement de réduire les risques de court-circuit mais aussi de concevoir des batteries plus fines. La production industrielle débutera fin 2016.

Cette feuille translucide est la membrane en nanofibres de Kevlar mise au point par des chercheurs de l’université du Michigan. Elle fait office de séparateur entre l’anode et la cathode d’une batterie lithium-ion et empêche la formation de dendrites qui peuvent causer un court-circuit susceptible d’occasionner une inflammation ou une explosion. © Joseph Xu, Michigan Engineering, Communications & Marketing

Si de nombreux travaux de recherche et développement explorent les pistes pour améliorer l'autonomie ou la fabrication des batteries lithium-ion, la sécurité est une problématique qui gagne une importance croissante.

La multiplication des appareils mobiles, des objets connectés, sans parler des voitures électriques, rend ce type de batteries pour le moment incontournables et omniprésentes dans notre quotidien. Alors, tout ce qui peut en améliorer la sûreté est bien évidemment important. Justement, d'ici un peu plus de deux ans, nous pourrions voir arriver des batteries lithium-ion plus sûres, plus fines et plus puissantes.

Un séparateur en nanofibres

C'est en tout cas ce que promet Elegus Technologies, une entreprise nord-américaine fondée par des chercheurs de l'université du Michigan. Ces derniers ont mis au point un séparateur en nanofibres de Kevlar qui s'intercale entre l'anode et la cathode tout en laissant circuler les ions. La membrane empêche la formation de dendrites. Ces excroissances se forment à la longue sous l'effet des contractions et des gonflements que subit le lithium durant les cycles charge-décharge. Ces dendrites peuvent endommager le séparateur en polymère qui isole l'anode et la cathode et provoquer un court-circuit susceptible de déboucher sur l'incendie voire l'explosion de la batterie.

C’est à partir du Kevlar, matériau notamment employé dans les gilets pare-balles, que la société Elegus Technologies a extrait des nanofibres pour fabriquer son séparateur d’électrodes pour les batteries lithium-ion. © Joseph Xu, Michigan Engineering, Communications & Marketing

Une trentaine d’entreprises déjà intéressées

Dans un article scientifique que vient de publier Nature Communications, les chercheurs expliquent que la largeur des pores de leur membrane en Kevlar mesure entre 15 et 20 nanomètres. Une dimension suffisante pour laisser passer les ions lithium tout en bloquant les dendrites dont l'extrémité fait entre 20 et 50 nanomètres.

« La spécificité de ce matériau est que nous pouvons le rendre très fin de sorte à obtenir plus d'énergie avec une cellule de même taille ou bien nous pouvons aussi réduire la dimension de la cellule », souligne Dan VanderLey, l'un des ingénieurs qui a cofondé l'entreprise Elegus. Autrement dit, cette innovation permettra de créer des batteries lithium-ion plus performantes à taille égale ou alors plus petites. Une trentaine d'entreprises auraient déjà réclamé un échantillon de ce matériau. Sur son site Internet, Elegus Technologies précise que sa membrane en Kevlar peut aussi fonctionner avec les batteries lithium-soufre et lithium-air. Elle compte débuter la production de masse de son produit à partir du quatrième trimestre 2016.

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