La « batterie à cœur ouvert » imaginée par des chercheurs de l’université du Michigan peut facilement, et avec un budget modeste, être reproduite par d'autres laboratoires. © silabob, Shutterstock

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Plongez au cœur d’une batterie lithium en vidéo

ActualitéClassé sous :technologie , énergie , batterie

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.

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 durées 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 dendrites sont constituées d'un excédant de lithium qui s'accumule sur les électrodes d'une batterie au fil du temps. À la longue, elles peuvent endommager le séparateur qui isole l'anode de la cathode, provoquant des pertes de performances, une diminution de la durée de vie de la batterie voire une explosion résultant d'un court-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'énergie dans un même volume 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.
Pour activer une traduction (malheureusement approximative) en français des sous-titres, cliquez sur l’icône rectangulaire « Sous-titres » puis sur l’icône en forme de roue crantée juste à droite. Dans l’onglet « Sous-titres », choisissez le dernier item « Traduire automatiquement » et sélectionnez « Français ». © Michigan University, YouTube

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 microscope 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 nucléation 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...

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