Des chercheurs : les batteries perdent du lithium vers le collecteur électrique

Image : Ruhr-Universität Bochum | Tong Li

D’après la Ruhr-Universität Bochum, des observations scientifiques confirment l’hypothèse selon laquelle les ions de lithium s’échappent des batteries au lithium vers le collecteur en cuivre. Cela pourrait limiter leurs performances et leur durée de vie.

Chaque perte de lithium entraîne une diminution de la capacité des batteries au lithium et raccourcit leur durée de vie. Après que des recherches récentes ont suggéré que le lithium s’échappe vers le collecteur électrique pendant la charge, des chercheurs de la Ruhr-Universität Bochum dirigés par Tong Li, ainsi que ceux de l’Institut Helmholtz d’Ulm et de l’Institut de technologie de Karlsruhe dirigés par Dominic Bresser, ont examiné attentivement cette hypothèse.

Grâce à l’atomographie par sonde atomique, les scientifiques ont pu démontrer que les ions de lithium sont effectivement intégrés dans le collecteur électrique en cuivre. Cette perte augmente avec le nombre de cycles de charge, même pour les types de batteries très modernes. « Comprendre ces processus est d’une grande importance pour les batteries sans anode de l’avenir », affirme Tong Li.

Le collecteur électrique en cuivre est une fine feuille de cuivre qui sert de couche porteuse pour l’anode de la batterie et collecte les électrons afin de les diriger vers le pôle négatif. Dans les batteries au lithium métallique, le lithium peut diffuser dans le collecteur électrique en cuivre pendant les cycles de charge et de décharge. « Mais l’endroit exact où se stockent les ions de lithium était jusqu’à présent indéterminé », explique Li. « Il est difficile de détecter le lithium dans le cuivre, car il manque des méthodes analytiques permettant de suivre un lithium hautement actif et léger. »

L’équipe de recherche a utilisé l’atomtomographie, qui permet de créer des cartes tridimensionnelles précises de n’importe quels éléments avec une résolution dans la gamme des sous-nanomètres. Il s’est avéré que le lithium est d’abord lié aux frontières entre grains et aux surfaces de contact de la feuille de cuivre après un seul cycle de charge/décharge. Après trois cycles, la surface de la feuille de cuivre devient nanocristalline et s’oxyde. Les défauts qui en résultent continuent de lier le lithium et l’oxygène sous la surface, ce qui entraîne la dégradation du collecteur en cuivre.

« Toutes ces informations sont importantes pour comprendre comment le collecteur électrique influence les performances des batteries au lithium de demain », déclare Li. En effet, les batteries en métal lithium (LMB) et, plus récemment, les LMB de type « Zero-Excess » ou sans anode sont considérées comme les prochains pas significatifs vers des densités énergétiques encore plus élevées. Elles devraient largement surpasser la technologie des ions lithium actuellement dominante. « Dans le cas des LMB Zero-Excess, on suppose généralement que le lithium ne diffuse pas dans le collecteur électrique en cuivre ni n’interagit avec lui », explique Li. « Dans les discussions sur la perte de performance des LMB, la perte de lithium vers le collecteur en cuivre a été jusqu’à présent largement négligée. »

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Au sujet de l’auteur

Thomas Langenbucher est un expert en mobilité électrique ayant travaillé dans l’industrie automobile et le secteur financier. Depuis 2011, il écrit sur ecomento.de à propos des voitures électriques, des technologies durables et des solutions de mobilité. En savoir plus.

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