Le potentiel des batteries solides en tant qu’alternative plus sûre et plus petite aux technologies actuelles au lithium-ion est bien connu, et des chercheurs du monde entier s’efforcent de surmonter les problèmes qui empêchent la technologie d’être adoptée commercialement.
Une découverte faite par des scientifiques du Georgia Institute of Technology pourrait orienter ces recherches dans la bonne direction : l’équipe a construit une batterie à l’état solide avec une couche de céramique solide servant d’électrolyte entre deux couches de lithium. Ils ont ensuite utilisé la tomographie par rayons X – similaire à une technique de scanner utilisée en médecine – pour observer son comportement et sa dégradation pendant la charge et le décharge.
« Le défi consiste à comprendre comment assembler ces pièces solides et les faire fonctionner correctement pendant de longues périodes », a déclaré Matthew McDowell, professeur adjoint aux Facultés George W. Woodruff de génie mécanique et de sciences et génie des matériaux. « Nous travaillons sur la façon de concevoir les interfaces entre ces pièces solides pour qu’elles durent aussi longtemps que possible. »
Des fissures sont apparues
Les résultats, publiés dans l’article Visualizing Chemomechanical Degradation of a Solid-State Battery Electrolyte de la revue ACS Energy Letters, ont montré comment des fissures ont commencé à se former dans la couche d’électrolyte en quelques jours, entraînant une résistance accrue au flux d’ions.
« Auparavant, on pensait que les réactions chimiques à l’interface entre le lithium métal et l’électrolyte étaient la cause de la dégradation de la batterie plutôt que la fissuration des cellules », déclare McDowell.
« Ce que nous avons appris en réalisant cette imagerie, c’est que, dans ce matériau, ce ne sont pas les réactions chimiques elles-mêmes qui sont mauvaises ; elles n’affectent pas les performances de la batterie », a-t-il ajouté. « Ce qui est mauvais, c’est que la cellule se fracture et que cela détruit les performances de la cellule. »
Les chercheurs affirment que leur découverte s’appliquera probablement également à d’autres types de batteries solides et pourrait contribuer à influencer les recherches futures sur la création de concepts durables dans cette branche.
« Dans les batteries lithium-ion normales, les matériaux que nous utilisons définissent la quantité d’énergie que nous pouvons stocker », a déclaré McDowell. « Le lithium pur peut en contenir le plus, mais il ne fonctionne pas bien avec un électrolyte liquide. Mais si on pouvait utiliser du lithium solide avec un électrolyte solide, ce serait le Saint Graal de la densité énergétique. »
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