La conception de la batterie lithium-ion résistante au feu survit à la perforation d'un ongle et empêche l'emballement thermique
Les batteries lithium-ion traditionnelles, qui alimentent un large éventail d'appareils électroniques, des voitures aux smartwatches, présentent un risque d'incendie important. Lorsqu'elles sont endommagées, surchargées ou défectueuses, elles peuvent subir un emballement thermique - un événement dangereux au cours duquel les composants internes se décomposent et dégagent une chaleur extrême. Dans le cas d'une batterie classique, cela peut provoquer une hausse de température de plus de 500 °C, entraînant des incendies et des explosions.
Aujourd'hui, une équipe de chercheurs chinois, principalement de l'université chinoise de Hong Kong, a mis au point une nouvelle conception de batterie qui atténue ce risque. Dans une étude publiée dans la revue Nature, l'équipe a présenté en détail la nouvelle conception et les résultats des essais. Lorsqu'elle est pénétrée par un clou, la batterie lithium-ion fabriquée selon cette conception a vu sa température augmenter d'environ 3,5 °C et est restée stable. Quant à la batterie avec électrolytes conventionnels, elle a enregistré un pic de température de 555,2 °C, une explosion et un incendie.
L'équipe n'a pu réaliser cette percée qu'après avoir identifié le coupable : l'association d'ions. Dans les batteries classiques, la façon dont les ions lithium et les ions négatifs se regroupent dans l'électrolyte permet de former une couche protectrice appelée interphase électrolytique solide (SEI), qui est vitale pour une longue durée de vie. Cependant, les chercheurs ont découvert que cette même association d'ions abaisse également la température à laquelle l'emballement thermique commence d'environ 94 °C, ce qui rend la batterie beaucoup moins sûre.
Pour résoudre ce problème, l'équipe a mis au point ce qu'elle appelle une "stratégie solvant-relais" Ils ont conçu un nouvel électrolyte qui se comporte différemment selon la température. À température ambiante, il favorise l'association des ions nécessaire à la formation d'un bon SEI. Mais à des températures élevées, comme celles des dommages, un solvant spécifique appelé bis(fluorosulfonyl)imide de lithium intervient, se liant au lithium et favorisant la dissociation des ions. Cette action inhibe les liaisons anioniques dangereuses qui conduiraient autrement à un dégagement de chaleur.
La conception s'est avérée à la fois sûre et durable. Les cellules conçues avec cette nouvelle stratégie ont également démontré une durée de vie exceptionnelle, conservant environ 81,9 % de leur capacité après 1 000 cycles.
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