Suivre en direct l'évolution du lithium dans les batteries Li-ion

Publié par Adrien le 29/04/2021 à 09:00
Source: CNRS INC
La charge rapide d'une batterie Li-ion s'accompagne de la formation d'amas de lithium métallique au niveau des électrodes qui détériorent leur fonctionnement, freinant ainsi leur utilisation dans l'industrie automobile. Par des expériences de spectroscopie par résonance paramagnétique électronique (La résonance paramagnétique électronique (RPE) est une technique de mesure physique. Elle est...) (RPE), des équipes du CEMHTI (CNRS/Université d'Orléans) et du LASIRe (CNRS/Université de Lille) ont obtenu des images en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) réel de la formation de ces amas appelés dendrites lors d'une charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement...) rapide de la batterie. Ces résultats, publiés dans la revue Nature Communications, devraient permettre de mieux comprendre ce phénomène parasite.


© Hervé Vezin

Les batteries Li-ion largement utilisées dans nos objets portatifs du quotidien font leur entrée dans les voitures (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un...) électriques. L'un des défis de l'industrie automobile (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un...) est de pouvoir charger rapidement ces batteries, l'objectif affiché à long terme étant une charge intégrale (Une intégrale est le résultat de l'opération mathématique, effectuée sur une fonction, appelé...) en moins de 10 mn...

Mais lors de charges rapides, on constate l'apparition de "dendrites", excroissances de lithium (Le lithium est un élément chimique, de symbole Li et de numéro atomique 3.) métallique qui se forment par une réaction parasite au niveau des électrodes. Et lorsqu'une dendrite (Trois significations sont possibles:) partie de l'électrode négative entre en contact avec l'électrode positive, il se crée un court-circuit qui endommage la batterie et peut provoquer un emballement thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de...). Il est essentiel de comprendre comment et pourquoi elles se forment.

Des équipes du Laboratoire Conditions extrêmes et matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...): haute température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) et Irradiation (En physique nucléaire, l'irradiation désigne l'action d'exposer (volontairement ou...) (CNRS/Université d'Orléans) et du Laboratoire de spectroscopie pour les interactions, la réactivité et l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) (CNRS/Université de Lille) ont utilisé une technique spectroscopique, la résonance (La résonance est un phénomène selon lequel certains systèmes physiques...) paramagnétique électronique (ou RPE), pour suivre en temps réel la croissance de ces dendrites. Ainsi, Ils ont pour la première fois obtenu une image de la position spatiale et de la morphologie des dépôts métalliques de lithium, mais aussi et surtout de leur évolution en temps réel au cours d'une charge rapide. Ces travaux, réalisés dans le cadre de l'infrastructure de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) nationale RENARD (Renard est un terme ambigu qui désigne le plus souvent en français certains canidés...) (FR3443), sont publiés dans la revue Nature Communications et devraient permettre, à terme, de mieux contrôler ce phénomène parasite.

Référence:
Charles-Emmanuel Dutoit, Mingxue Tang, Didier Gourier, Jean-Marie Tarascon, Hervé Vezin & Elodie Salager.
Monitoring metallic sub-micrometric lithium structures in Li-ion batteries by in situ electron paramagnetic resonance correlated spectroscopy and imaging
Nature Communications 2021
DOI: 10.1038/s41467-021-21598-2
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