Christopher Evans, professeur de science et de génie des matériaux, à droite, et Brian Jing, étudiant diplômé, ont mis au point un électrolyte de batterie solide à la fois auto-réparateur et recyclable
En quête de batteries lithium-ion plus sûres, une équipe d’ingénieurs de l’Université de l’Illinois (UI) a mis au point un électrolyte solide à base de polymère qui peut non seulement se réparer lui-même, mais qui est recyclable sans avoir besoin de températures élevées ou d’acides forts. Grâce à l’utilisation de polymères réticulés spéciaux, le nouvel électrolyte devient plus rigide à la chaleur plutôt que de se décomposer.
Les batteries lithium-ion sont l’une des grandes réussites de la technologie électrique moderne. Sans elles, des appareils allant des smartphones aux voitures électriques ne seraient pas pratiques – mais elles sont loin d’être parfaites. Au cours des cycles de charge réguliers, des structures en forme de branches (dendrites) faites de lithium métal solide se forment et se développent à travers la structure de la batterie. Cela peut entraîner une réduction de la durée de vie ou des courts-circuits électriques. Dans les cas extrêmes, cela peut également endommager la batterie elle-même, ce qui peut entraîner des incendies et des explosions.
Une partie de la raison de ces défaillances explosives est que les batteries lithium-ion utilisent un électrolyte liquide – il peut entrer en réaction chimique avec les électrodes, si la batterie est gravement compromise. Les électrolytes solides en polymère ou en céramique ont été considérés comme un substitut, mais selon Brian Jing – un étudiant diplômé en science des matériaux et en génie à l’IU – ceux-ci ont tendance à fondre aux températures élevées générées à l’intérieur de la batterie. Ils ont également tendance à être fragiles, ce qui rend difficile le maintien du contact entre l’électrolyte et l’électrode.
Une façon de contourner ce problème est d’utiliser des brins de polymère réticulé pour produire un conducteur de lithium caoutchouteux. Ce conducteur a une durée de vie utile plus longue que les électrolytes solides plus rigides, mais il n’est pas autoréparable et est difficile à recycler.
L’équipe de l’IU a mis au point une façon de fabriquer les réticulations de façon à ce qu’elles produisent des réactions d’échange et qu’elles permutent les brins de polymère entre elles. Cela signifie que le polymère devient plus rigide lorsqu’il est chauffé et qu’il est auto réparateur, ce qui réduit la croissance de dendrites. De plus, le polymère peut être décomposé sans avoir besoin d’acides forts ou de températures élevées. Au lieu de cela, il se dissout dans l’eau à température ambiante. Cependant, cette technologie n’est pas encore pratique.
» Je pense que ces travaux constituent une plateforme intéressante que d’autres pourront tester « , déclare le chef d’équipe Christopher Evans. » Nous avons utilisé une chimie très spécifique et une liaison dynamique très spécifique dans notre polymère, mais nous pensons que cette plateforme peut être reconfigurée pour être utilisée avec de nombreuses autres chimies afin d’ajuster la conductivité et les propriétés mécaniques « .
https://news.illinois.edu/view/6367/805235
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b09811
