La batterie lithium-ion «intelligente» développée à Stanford dispose d’un capteur de cuivre ultra-mince déposé au sommet d’un séparateur de batterie classique (carré blanc) pour avertir les utilisateurs que la batterie est en surchauffe

Il existe de nombreux cas où des batteries lithium-ion prennent feu dans des téléphones, des ordinateurs portables, des voitures et des avions. Bien que les chances que cela se produise soient faibles, le fait que des centaines de millions de batteries lithium-ion soient produites et vendues chaque année signifie que le risque est encore très réel.

Des chercheurs de l’Université de Stanford ont mis au point une batterie «intelligente» au lithium-ion qui alerterait les utilisateurs, en cas de surchauffe et possibilité d’inflammation.

Les batteries au lithium-ion sont constituées d’une anode en carbone et d’une cathode d’oxyde métallique qui sont séparées par un polymère ultramince. Ce séparateur est poreux afin de permettre aux ions lithium de passer entre les électrodes qui sont contenus dans une solution d’électrolyte inflammable à travers laquelle les ions lithium s’écoulent.

Mais si des particules de métal ou de poussière trouvent leur chemin dans le séparateur au stade de la fabrication, ou si la batterie est chargée trop rapidement lorsque la batterie est trop froide, les ions lithium peuvent s’accumuler sur l’anode et former des fibres appelées dendrites. Si ces dendrites pénètrent dans le séparateur et entrent en contact avec la cathode, la batterie peut court-circuiter et déclencher l’inflammation de la solution d’électrolyte.

Alors que d’autres équipes de recherche étudient des électrolytes non-inflammables, Yi Cui, professeur agrégé de science des matériaux et ingénierie, et ses collègues de Stanford misent sur le développement d’un système d’alerte précoce qui pourrait être utilisé dans les batteries lithium-ion classiques. Ils l’ont fait par application d’une nanocouche de cuivre sur un côté du séparateur, ce qui crée une troisième électrode entre l’anode et la cathode.

« La couche de cuivre agit comme un capteur qui permet de mesurer la différence de tension entre l’anode et le séparateur », a déclaré l’étudiant diplômé Denys Zhuo. «Quand les dendrites deviennent suffisamment longues pour atteindre la couche de cuivre, la tension tombe à zéro. Cela vous permet de savoir que les dendrites ont grandi à l’autre bout de la batterie. C’est un avertissement que la batterie doit être retirée avant que les dendrites n’atteignent la cathode et déclenchent un court-circuit. »

Denys Zhuo dit que, lorsque le séparateur recouvert de cuivre détecte que la tension a chuté à zéro, un message peut être affiché sur l’appareil indiquant que la batterie doit être remplacée.

« Le revêtement de cuivre sur le séparateur de polymère a une épaisseur de seulement 50 nanomètres, environ 500 fois plus minces que le séparateur lui-même », a déclaré Wu Hui, un stagiaire postdoctoral dans le groupe de Yi Cui. « Le séparateur recouvert de cuivre est très souple et poreux, comme un séparateur de polymère classique, il a un effet négligeable sur le flux d’ions lithium entre la cathode et l’anode. L’ajout de cette mince couche conductrice ne change pas la performance de la batterie, mais elle peut faire une énorme différence en ce qui concerne la sécurité « .

En plus des batteries lithium-ion, Yi Cui affirme que la technologie fonctionne dans n’importe quelle batterie qui exigerait la détection d’un court-circuit avant qu’elle n’explose, y compris le zinc, l’aluminium et d’autres batteries métalliques.

http://news.stanford.edu/news/2014/october/smart-battery-cui-101314.html