Des scientifiques mettent au point un nouveau matériau pour rendre les batteries au lithium-ion autocicatrisantes et facilement recyclables

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Des scientifiques mettent au point un nouveau matériau pour rendre les batteries au lithium-ion autocicatrisantes et facilement recyclables

Par Good News Network - 27 déc.2019

Les batteries au lithium-ion sont connues pour développer des courts-circuits électriques internes qui peuvent enflammer les électrolytes liquides d'une batterie, entraînant des explosions et des incendies.

Cependant, les ingénieurs de l'Université de l'Illinois ont développé un électrolyte solide à base de polymère qui peut s'auto-cicatriser après des dommages - et le matériau peut également être recyclé sans l'utilisation de produits chimiques agressifs ou de températures élevées.

La nouvelle étude, qui pourrait aider les fabricants à produire des piles commerciales recyclables et auto-réparatrices, est publiée dans le Journal de l'American Chemical Society.

Alors que les batteries lithium-ion passent par plusieurs cycles de charge et de décharge, elles développent de minuscules structures en forme de branche de lithium solide appelées dendrites, ont déclaré les chercheurs.

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Ces structures réduisent la durée de vie de la batterie, provoquent des points chauds et des courts-circuits électriques, et deviennent parfois suffisamment grandes pour percer les parties internes de la batterie, provoquant des réactions chimiques explosives entre les électrodes et les liquides électrolytiques.

Les chimistes et les ingénieurs ont poussé à remplacer les électrolytes liquides des batteries lithium-ion par des matériaux solides tels que la céramique ou les polymères, ont déclaré les chercheurs. Cependant, bon nombre de ces matériaux sont rigides et cassants, ce qui entraîne un mauvais contact électrolyte-électrode et une conductivité réduite.

«Les polymères conducteurs d'ions solides sont une option pour développer des électrolytes non liquides», a déclaré Brian Jing, étudiant diplômé en science des matériaux et en génie et co-auteur de l'étude. «Mais les conditions de température élevée à l'intérieur d'une batterie peuvent faire fondre la plupart des polymères, entraînant là encore des dendrites et des défaillances.»

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Des études antérieures ont produit des électrolytes solides en utilisant un réseau de brins de polymère qui sont réticulés pour former un conducteur de lithium caoutchouteux. Cette méthode retarde la croissance des dendrites; Cependant, ces matériaux sont complexes et ne peuvent pas être récupérés ou guéris après des dommages, a déclaré Jing.

Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont développé un électrolyte polymère en réseau dans lequel le point de réticulation peut subir des réactions d'échange et échanger des brins de polymère. Contrairement aux polymères linéaires, ces réseaux deviennent plus rigides lors du chauffage, ce qui peut potentiellement minimiser le problème de la dendrite, ont déclaré les chercheurs. De plus, ils peuvent être facilement décomposés et resolidifiés en une structure en réseau après avoir été endommagés, ce qui les rend recyclables et ils rétablissent la conductivité après avoir été endommagés car ils sont auto-réparateurs.

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Photo de L. Brian Stauffer / Université de l'Illinois

'Ce nouveau polymère de réseau montre également la propriété remarquable que la conductivité et la rigidité augmentent avec le chauffage, ce qui n'est pas vu dans les électrolytes polymères conventionnels', a déclaré Jing.

'La plupart des polymères nécessitent des acides forts et des températures élevées pour se décomposer', a déclaré Christopher Evans, professeur de science des matériaux et d'ingénierie et auteur principal. «Notre matériau se dissout dans l'eau à température ambiante, ce qui en fait un procédé très économe en énergie et respectueux de l'environnement.»

Bien que les chercheurs reconnaissent que plus de travail est nécessaire avant que le matériau puisse être utilisé dans des batteries comparables à ce qui est utilisé aujourd'hui, l'équipe a sondé la conductivité du nouveau matériau et a trouvé son potentiel en tant qu'électrolyte de batterie efficace particulièrement prometteur.

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Réimprimé de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign News Bureau

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