publié dans Science Advances, suggest une alternative potentielle pour la croissance des dendrites dans les batteries rechargeables au lithium métal. Dans l’article, l’équipe de Wan prouve que la circulation d’ions près de la cathode peut potentiellement augmenter la sécurité et la durée de vie de ces batteries rechargeables de nouvelle génération.



Les piles au lithium métal utilisent du lithium métal comme anode. Ces batteries ont une densité de cost élevée et potentiellement le double de l’énergie des batteries lithium-ion conventionnelles, mais la sécurité est une grande préoccupation. Lorsqu’ils se chargent, certains ions sont réduits en lithium métal à la surface de la cathode et forment des microstructures irrégulières en forme d’arbre appelées dendrites, qui peuvent éventuellement provoquer un court-circuit ou même une explosion.

La théorie est que la croissance des dendrites est causée par la compétition du transfert de masse et du taux de réduction des ions lithium près de la floor de la cathode. Lorsque le taux de réduction des ions est beaucoup in addition rapide que le transfert de masse, il crée un espace électroneutre appelé couche chargée d’espace près de la cathode qui ne contient pas d’ions. On pense que l’instabilité de cette couche provoque la croissance des dendrites, donc la réduire ou l’éliminer pourrait réduire la croissance des dendrites et donc prolonger la durée de vie d’une batterie.



La croissance des dendrites a été réduite de 99%

L’idée de Wan était de faire circuler des ions à travers la cathode dans un canal microfluidique pour restaurer une charge et compenser cet espace. Dans l’article, l’équipe a décrit ses tests de validation de thought, constatant que ce flux d’ions pouvait réduire la croissance des dendrites jusqu’à 99%.

Pour Wan, l’étude est passionnante auto elle montre l’efficacité de l’application de la microfluidique aux problèmes liés aux batteries et ouvre la voie à de futures recherches dans ce domaine.

« Grâce à cette étude fondamentale et aux approches microfluidiques, nous avons pu comprendre quantitativement l’effet du flux sur la croissance des dendrites », a-t-il déclaré. « Peu de groupes ont encore étudié cela. »

Bien qu’il ne soit probablement pas attainable d’incorporer directement la microfluidique dans de vraies batteries, le groupe de Wan cherche des moyens alternatifs d’appliquer les principes fondamentaux de cette étude et d’introduire des flux locaux près de la surface area de la cathode pour compenser les cations et éliminer la couche de cost spatiale.

« Nous sommes très heureux d’explorer les nouvelles applications de notre étude », a-t-il déclaré. « Nous travaillons déjà sur la conception de la surface de la cathode pour introduire des écoulements convectifs. »