Batteries à semi-conducteurs, le MIT développe une batterie que vous n'avez besoin de charger que tous les 3 jours

Une équipe du MIT a conçu une anode en lithium métal pour améliorer la longévité et la densité énergétique des futures batteries. La nouvelle nanoarchitecture en nid d'abeille promet un saut évolutif vers les batteries à semi-conducteurs.

Imaginez pouvoir charger votre smartphone une seule fois tous les trois jours, sans changer le poids ou la taille de l'appareil. Aujourd'hui, ce n'est pas une chose fantaisiste: une percée qui donnerait vie à l'électronique grand public avec ces nouvelles batteries à semi-conducteurs. Un groupe d'ingénieurs du Massachusetts Institute, en collaboration avec des collègues de Hong Kong, de Floride et du Texas, a fait le premier pas vers la nouvelle génération de batteries rechargeables.

L'une des nombreuses façons dont les scientifiques espèrent améliorer les systèmes de stockage actuels à base de lithium-ion consiste à remplacer certains des composants liquides (électrolytes) par des milieux solides. Connus simplement sous le nom de batteries à semi-conducteurs, ces appareils sont plus sûrs et moins sujets aux risques d'incendie ou d'explosion. De plus, ils se prêtent à des changements architecturaux majeurs. L'anode des unités lithium-ion actuelles est un mélange de cuivre et de graphite, mais dans les appareils plus récents, elle pourrait être en lithium pur. Cela permettrait d'augmenter significativement la densité énergétique et, en pratique, de prolonger la charge des véhicules électriques et des appareils électroniques en général.

« Beaucoup de travail a été fait sur les batteries à l'état solide, avec des électrodes au lithium métal et des électrolytes solides», explique-t-il, notant que ces efforts se sont heurtés à un certain nombre de problèmes. L'un des principaux est l'accumulation d'atomes à l'intérieur du lithium métal et son expansion consécutive pendant la charge; au contraire, pendant la phase de décharge, le métal se rétracte. Ces changements dimensionnels répétés tout au long des cycles font qu'il est difficile pour les solides de maintenir un contact constant. Le plus gros risque? La fracture ou le détachement de l'électrolyte.

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Un autre problème qu'il ne faut pas sous-estimer est qu'aucun des électrolytes solides proposés n'est chimiquement stable une fois en contact avec le lithium métal hautement réactif. En conséquence, le composé a tendance à se dégrader avec le temps.

La solution à ces deux défis vient d'une nouvelle conception qui utilise deux classes supplémentaires de solides, les « conducteurs électroniques à ions mixtes » (MIEC) et un isolant. Les chercheurs ont développé une nanoarchitecture en nid d'abeille tridimensionnelle composée de tubes hexagonaux de MIEC, partiellement revêtus de lithium pur pour former l'anode. Un espace a été laissé dans chaque tube pour permettre au métal de se dilater pendant la phase de chargement. Cette solution soulage la pression sans changer les dimensions externes de l'électrode ou la limite entre l'électrode et l'électrolyte. L'autre matériau, l'isolation, joue le rôle de liant mécanique entre les parois du MIEC et la couche d'électrolyte solide.

Li dit que bien que de nombreux autres systèmes travaillent sur ce qu'ils appellent des batteries solides, la plupart de ces systèmes fonctionnent mieux avec un électrolyte liquide mélangé à un deuxième matériau d'électrolyte solide. « Mais dans notre cas», explique-t-il, « tout est vraiment solide. Il ne contient aucun liquide ni aucun gel. " L'équipe a testé l'architecture des neuf batteries à semi-conducteurs et a indiqué qu'elles étaient capables de supporter 100 cycles de charge et de décharge sans aucun signe de fracture. L'objectif est désormais de créer des anodes qui pèsent environ un quart du courant, mais avec la même capacité de stockage.

Plus d'informations: www.nature.com - news.mit.edu

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