Des spécialistes américains du Northwest Richland Laboratory ont mis au point une technique permettant de minimiser le risque de combustion soudaine des batteries au lithium. Les scientifiques ont réussi à comprendre les processus à l’intérieur de la batterie et à les régler avec précision.
La plupart des batteries d’aujourd’hui se composent de trois parties : l’électrolyte, la cathode et l’anode. La cathode est une source d’énergie avec un vecteur positif, l’anode est également une source, mais déjà avec un vecteur négatif, l’électrolyte assure le mouvement de la charge entre les sources. La puissance d’une batterie est directement liée aux composants de la cathode, et sa durée de vie est déterminée par le degré de dégradation de l’électrolyte lors du processus de charge.
Les explosions de batteries modernes sont causées par des courts-circuits dus à une surchauffe. Cela chauffe encore plus la batterie, ce qui provoque l’évaporation de l’électrolyte. Les processus en cours font grimper les températures jusqu’à 1000 degrés Celsius. En conséquence, les bulles de gaz accumulées rompent le boîtier de l’appareil et expulsent tout son contenu.
Ils ont analysé la structure et le mécanisme des processus et sont parvenus à la conclusion que ce sont de fins filaments de lithium capables de traverser la barrière entre la cathode et l’anode et de les réunir qui provoquent les explosions. Pour révéler les principes de la formation de fils fins, les scientifiques ont créé une nanobatterie spéciale, où le rôle de l’anode était la pointe d’un microscope, et la cathode, une petite particule de lithium. Un courant a été passé à travers l’anode et a augmenté, formant ainsi des filaments de lithium. Les chercheurs ont observé le processus de croissance du filament et ont analysé la manière dont il s’est développé.
Plusieurs caractéristiques particulières ont été identifiées par des expériences pratiques. Tout d’abord, les filaments croissent à une vitesse d’environ 250 nanomètres par seconde, la direction de leur croissance étant opposée à l’électrode chargée. La façon dont les filaments se déplacent dépend de la structure des composés de lithium ainsi que de la présence de particules de carbone et de l’organisation de la surface des électrodes.
L’étude des caractéristiques a permis de prédire comment les filaments vont germer et à quel stade ils vont entrer en contact avec l’anode ou la cathode. Les chercheurs ont pu arrêter le processus de croissance en ajoutant un composé spécial de benzène et d’oxygène à l’électrolyte. D’autres observations permettront sans doute d’identifier l’interaction optimale, et le problème de la combustion des batteries au lithium pourrait très bientôt être définitivement résolu.
Quelles autres solutions ou avancées ont été réalisées pour réduire les risques liés à l’incendie des batteries au lithium?