Prévention des explosions de batterie lithium-ion avec des diamants

Par rapport aux autres technologies de batterie, les batteries au lithium ionique (Li-ion) ont une densité d'énergie relativement élevée et une longue durée de vie. Leur développement au fil des ans leur a permis de devenir la technologie de batterie de choix dans de nombreux domaines.

Ceux-ci incluent l’alimentation des appareils électroniques portables et des véhicules électriques. Bien qu'elles possèdent des caractéristiques souhaitables et surpassent les autres technologies disponibles dans le commerce, elles ne sont toutefois pas sans problèmes.

Les batteries Li-ion peuvent exploser dangereusement dans les bonnes conditions. C'est un sujet de grande préoccupation. Leur danger potentiel est tel que les compagnies aériennes n'autorisent cette technologie de batterie dans leurs bagages à main.

Quand on parle d'exploser de batteries Li-ion, on pense immédiatement au tristement célèbre Samsung Galaxy Note 7. Plusieurs batteries de cet appareil Samsung rappelé par la suite ont tout simplement explosé.

La controverse liée à l'explosion de hoverboards apparaît également. Le dénominateur commun entre ces deux scénarios est que les explosions résultaient de batteries Li-ion défectueuses.

Bien que ces deux cas aient fait l’objet de beaucoup d’attention, d’autres dispositifs contenant des batteries Li-ion ont déjà explosé. Bien que cela soit rare avec des batteries de qualité contrôlée, une batterie Li-ion qui explose représente un risque sérieux qu'il ne faut pas prendre à la légère.

Un groupe de chercheurs de l’Université Drexel a reconnu que cette technologie de batterie comportait encore des risques et a proposé une tournure intéressante à cette histoire. Ils utilisent des diamants pour rendre les piles plus stables! Je veux vraiment vous parler de cette solution originale, mais commençons par quelques informations de base.

Les principaux composants d’une batterie sont les suivants:

• Bornes positives et négatives: Ce sont les points de contact des équipements électriques. Ils permettent à l’électricité de passer de la batterie à l’équipement.
• Anode et cathode: Des réactions chimiques se produisent au niveau de ces électrodes, responsables de la génération d’un courant.
• Électrolyte: Il s’agit d’un milieu qui permet l’écoulement de la charge entre la cathode et l’anode.

Comment les batteries au lithium ionique tombent en panne et exploser par la suite

Les explosions dans les batteries Li-ion se produisent principalement en raison du court-circuit des bornes positive et négative. La formation de structures appelées dendrites à l'intérieur des batteries peut provoquer ces courts-circuits.

Un court-circuit est une connexion électrique qui provoque un courant excessif et génère de la chaleur.

Les dendrites sont des accumulations qui peuvent se former à l'intérieur d'une batterie Li-ion.

Essentiellement, ces dendrites court-circuitent les bornes positive et négative de la batterie, générant de grandes quantités de chaleur et enflammant l'électrolyte à l'intérieur de la batterie.

La plupart des électrolytes sont inflammables. Lorsqu'il est enflammé, un électrolyte provoque généralement une explosion.

Mesures de sécurité

Heureusement, des mécanismes de sécurité existent dans les batteries Li-ion de haute qualité.

Mesures actuelles

Afin de prévenir la formation de dendrite, les batteries Li-ion actuellement sur le marché utilisent une électrode en graphite remplie de lithium. Bien que cette configuration supprime la formation de dendrites, elle réduit également la densité d'énergie de la batterie.

Si cette électrode est faite de Lithium pur, les batteries auront environ 10 fois leur capacité actuelle. Cependant, ils seraient également plus susceptibles d'exploser en raison d'un potentiel accru de formation de dendrite.

Cette méthode est assez efficace. Cependant, les batteries de qualité médiocre ont tendance à ne pas fonctionner correctement, ce qui peut provoquer des explosions. Bien que ce soit le cas, la méthode décrite ci-après pourrait potentiellement constituer un mécanisme de sécurité encore meilleur.

Nouvelle solution Drexel Researchers

L’équipe Drexel a mis au point une nouvelle solution pour maintenir la densité énergétique du lithium pur tout en améliorant la sécurité. Ils ont conçu une batterie qui utilise une électrode pure en lithium. Afin de lutter contre la formation de dendrite, ils imprègnent la solution électrolytique de nanodiamants.

Les nanodiamants sont des diamants extrêmement petits.

Les nanodiamants réduisent considérablement le risque que la réaction chimique se produisant aux électrodes entraîne la formation de dendrite. Le lithium est appliqué sur l'une des électrodes pendant la décharge de la batterie. Les nanodiamants facilitent un revêtement uniforme, empêchant les dendrites.

Dernières pensées

L'équipe admet que si cette méthode est assez efficace sur la base de leurs tests, il est difficile de dire que leur méthode éliminerait complètement la formation de dendrite. Cela dit, cette méthode est très prometteuse car elle améliore la sécurité et permet d’accroître la capacité de la batterie.