Les batteries lithium-ion rechargeables ne durent pas éternellement. Au fil du temps, ils détiennent moins de charge et finissent par se transformer en briques provenant de sources d’énergie. Une raison : de l’hydrogène caché et fuyant, suggèrent de nouvelles recherches.
proton d’hydrogène indésirable Remplissez la fente moléculaire dans l’extrémité positive de la batterie Cela laisse moins d’espace pour les atomes ou ions de lithium chargés, qui maintiennent la réactivité et aident à conduire la charge, ont rapporté les scientifiques le 12 septembre. Science,
De nouvelles recherches identifient un ensemble de réactions chimiques indésirables qui apparaissent lorsque l’électrolyte de la batterie, censé transporter les ions lithium, libère par inadvertance de l’hydrogène dans l’extrémité positive, ou cathode. Cela « déclenche toutes sortes de problèmes » et réduit la capacité et la durée de vie de la batterie, explique Gang Wan, physicien des matériaux et chimiste à l’Université de Stanford. « Même si vous n’utilisez pas la batterie, elle perd quand même de l’énergie. »
Les explications précédentes de la perte d’énergie dans les batteries se concentraient sur le mouvement des ions lithium. Certains chercheurs ont émis l’hypothèse que Les atomes d’hydrogène peuvent également jouer un rôleMais c’est difficile à observer car l’hydrogène est si petit et omniprésent. Ainsi, Wan et ses collègues ont remplacé l’hydrogène présent dans l’électrolyte des batteries de la taille d’une cellule par du deutérium, une version plus lourde de l’hydrogène. Les chercheurs ont ensuite suivi le mouvement du deutérium grâce à une imagerie à rayons X et à une spectrométrie de masse de grande puissance. À l’aide des résultats et des calculs théoriques, l’équipe a montré que l’hydrogène est l’acteur « majeur » de la perte de charge cathodique.
La recherche élargit nos connaissances sur la chimie opaque qui se déroule à l’intérieur des batteries, ce qui la rend « vraiment importante », déclare Bart Bartlett, chimiste des matériaux et des matières inorganiques à l’Université du Michigan à Ann Arbor, qui n’a pas participé à l’étude. Cela fait allusion à des méthodes possibles pour améliorer la durée de vie de la batterie, telles que l’ajustement de la chimie de la batterie pour éviter les réactions de l’hydrogène.
Dans le même temps, les travaux mettent en évidence un problème négligé dans la demande croissante de batteries à haute tension, les ingénieurs cherchant à stocker davantage d’énergie dans des cellules plus petites. Les cathodes à tension plus élevée sont plus réactives et plus susceptibles d’extraire de l’hydrogène, donc plus la tension de la batterie est élevée, plus cette « protonation » ou « hydrogénation » est importante. « C’est un compromis que je ne pense pas que nous ayons pleinement apprécié, ou que nous n’avons pas compris pourquoi », a déclaré Bartlett.
Mais, dit-il, les scientifiques n’ont évalué qu’un seul type de batterie et un seul scénario. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour comprendre dans quelle mesure les résultats s’appliquent.
Jacqueline Edge, chercheuse et ingénieure en batteries à l’Imperial College de Londres, affirme que si les observations de l’équipe s’avèrent reproductibles, elles conduiront probablement à des batteries meilleures et plus durables qui accéléreront des innovations telles que les véhicules électriques à longue autonomie. En outre, les progrès en matière de durée de vie des batteries réduiront notre besoin d’extraire les minéraux entrant dans la composition des cellules des batteries, comme le cobalt et certainement le lithium, qui ont des conséquences environnementales et sociales négatives (SN : 07/05/19Cela pourrait être une double victoire en matière de durabilité, dit-elle.
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