Des chercheurs de Harvard ont créé une batterie capable de recharger en 10 mn
18/01/2024
Des chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ont développé une batterie à semi-conducteurs innovante qui peut être rechargée en 10 minutes tout en ayant la capacité d'être chargée et déchargée plus de 6 000 fois. Cette nouvelle avancée technologique concernant les batteries solides pourrait s'avérer décisive pour les futurs véhicules électriques.
La batterie à semi-conducteurs développée par des chercheurs de Harvard utilise une anode au lithium métallique par opposition à une anode en graphite. Ces nouvelles anodes auraient une capacité dix fois supérieure à celle des anodes en graphite commerciales et utiliseraient des particules de silicium de la taille d'un micromètre pour empêcher la formation de dendrites sur l'anode.
L'un des plus grands défis lors de la conception de batteries à semi-conducteurs est la formation de ces dendrites à la surface de l'anode. Les dendrites sont des projections de métal qui peuvent s'accumuler à la surface du lithium et se développer comme des racines dans l'électrolyte. Ils percent la barrière qui sépare l'anode et la cathode, provoquant un court-circuit ou même un incendie de la batterie.
Les dendrites se forment lorsque les ions lithium se déplacent de la cathode à l'anode pendant la charge, se fixant à la surface de l'anode lors d'un processus appelé placage. Cela crée une surface inégale et non homogène sur l'anode et permet aux dendrites de s'enraciner.
Une fois déchargé, ce revêtement en forme de plaque doit être retiré de l'anode, et lorsque le placage est inégal, le processus de décapage peut être lent et entraîner des trous qui induisent un placage encore plus inégal lors de la charge suivante.
En 2021, l'équipe de chercheurs avait déjà conçu une batterie multicouche prenant en sandwich différents matériaux de stabilité variable entre l'anode et la cathode. Cette conception a empêché la pénétration des dendrites de lithium en les contrôlant et en les contenant sans toutefois complètement les arrêter.
Dans cette dernière phase de recherche, les chercheurs ont réussi à empêcher la formation de dendrites en utilisant des particules de silicium de la taille d'un micron dans l'anode pour restreindre la réaction chimique et faciliter le placage homogène d'une épaisse couche de lithium métallique.
"Dans notre conception, le lithium métallique s'enroule autour de la particule de silicium, comme une coque de chocolat dur autour d'un noyau de noisette dans une truffe au chocolat", a expliqué Xin Li, professeur agrégé de science des matériaux à SEAS et auteur principal de l'article initialement publié sur le site de l'université. Et comme le placage et le décapage peuvent être rapides sur une surface plane, la batterie peut se recharger en 10 minutes environ.
Les chercheurs ont construit une version de la pile de la taille d'un timbre-poste, qui est 10 à 20 fois plus grande que la pile bouton fabriquée dans la plupart des laboratoires universitaires. Leur batterie à semi-conducteurs a ainsi conservé 80 % de sa capacité après 6 000 cycles, surpassant toutes les autres batteries de poche actuellement disponibles sur le marché.
Le Harvard Office of Technology Development a concédé la technologie sous licence à Adden Energy, une société dérivée de Harvard cofondée par Li et trois anciens élèves de Harvard. Adden Energy a étendu la technologie pour construire une petite batterie de la taille d'un smartphone.
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