Une équipe de chercheurs américains a mis au point un système qui permet de plonger au cœur d’une batterie lithium. De quoi dévoiler les secrets les plus intimes de ces petits bouts de technologie. Et peut-être enfin comprendre comment certaines batteries en arrivent à exploser.
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Les dendrites, ces fameuses structures qui se forment au cœur des batteries, sont-elles responsables des explosions signalées récemment des Samsung Galaxy Note 7 ? La question reste encore en suspens. Mais une chose est certaine. Elles sont bien à blâmer lorsqu'il est question de faibles performances et de courtes duréesdurées de vie des batteries. Et c'est dans l'espoir d'en apprendre un peu plus sur leur mode de formation et de développement que des chercheurs de l'université du Michigan ont imaginé un système qui permet d'observer le cœur d'une batterie en cours d'opération.

Rappelons que les dendritesdendrites sont constituées d'un excédant de lithiumlithium qui s'accumule sur les électrodesélectrodes d'une batterie au fil du temps. À la longue, elles peuvent endommager le séparateur qui isole l'anodeanode de la cathodecathode, provoquant des pertes de performances, une diminution de la durée de vie de la batterie voire une explosion résultant d'un court-circuitcourt-circuit.

Et le problème est encore plus prégnant lorsque l'on parle de batteries lithium-métal comme celles étudiées par les chercheurs de l'université du Michigan. Une technologie prometteuse, car grâce à leurs électrodes métalliques, ces batteries permettent de stocker 10 fois plus d'énergieénergie dans un même volumevolume que les classiques batteries lithium-ion. Pourtant, elles n'ont pas encore fait leur apparition sur le marché. Sans doute parce qu'elles ont la fâcheuse tendance à voir se développer sur leurs électrodes, d'importantes structures dendritiques. Un effet collatéral de leur forte densité d'énergie.


Dans cette vidéo, les chercheurs de l’université du Michigan présentent leurs travaux.
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Assistez à la croissance des dendrites en temps réel

Jusqu'à ce jour, les ingénieurs ne disposaient que de mesures électrochimiques et de batteries usées qu'ils pouvaient disséquer pour observer les dendrites formées au cours de leur vie. Aucun moyen d'étudier la façon dont elles se développent. Alors les chercheurs de l'université du Michigan ont imaginé une sorte de « batterie à cœur ouvert » qu'ils ont couplée à un microscopemicroscope et à une caméra vidéo haute définition. De quoi observer la croissance et la décroissance des dendrites, en lien avec les tensions appliquées au cours des cycles de charge et de décharge.

À mesure que le lithium s'accumule à la surface d'une électrode, les structures dendritiques grandissent. Inversement lorsque le lithium disparaît. Certaines dendrites finissent par se désolidariser des électrodes, tombant dans l'électrolyte comme de vulgaires restes de lithium mort. En bout de cycle, les chercheurs ont pu noter la formation de creux sur les électrodes. Des creux qui se transforment, au cours du cycle suivant, en sites de nucléationnucléation pour de nouvelles dendrites.

L'équipe a ainsi découvert que les performances d’une batterie ne sont pas impactées par les dendrites, à condition que celles-ci restent petites et soient régulièrement réparties à la surface des électrodes. Si la croissance des dendrites semble inévitable, les chercheurs espèrent donc arriver à la contrôler. Et c'est bien ce que l'équipe de l'université du Michigan devrait annoncer dans une publication à paraître prochainement...