Les batteries au lithium-ion sont couramment utilisées dans le monde d’aujourd’hui en tant que type de batterie rechargeable. Un des problèmes qui peut perturber leur fonctionnement est le court-circuit interne causé par un contact direct entre la cathode et l’anode (conducteurs qui forment le circuit à l’intérieur de la batterie). Pour éviter cela, des séparateurs en polyoléfines, un type de polymère qui maintient la séparation, peuvent être utilisés. Malheureusement, ces séparateurs peuvent fondre à haute température, et une absorption électrolytique inadéquate (nécessaire pour la conduction des charges entre les électrodes) peut entraîner des courts-circuits et une diminution des performances de la batterie. En réponse à ces problèmes, plusieurs méthodes différentes ont été proposées.
Une solution consiste à appliquer des revêtements céramiques aux séparateurs pour améliorer leur résistance à la pression et leurs performances à haute température. Cependant, cela peut augmenter l’épaisseur des séparateurs, réduire leur adhérence et avoir un impact négatif sur l’efficacité de la batterie. Une autre technique est l’utilisation de revêtements polymères dans un processus appelé greffage de polymères. Cela implique d’attacher des unités individuelles (monomères) aux séparateurs pour leur donner les propriétés désirées.
Une recherche récente publiée dans la revue Energy Storage Materials présente une nouvelle méthode pour améliorer la stabilité des séparateurs dans les batteries au lithium-ion. Dans ces études, une équipe de scientifiques, dont le professeur Jeongsik Yun du Département de l’Énergie et de la Chimie à l’Université nationale d’Incheon à Séoul, en Corée du Sud, a réussi à réaliser avec succès une polymérisation par greffage sur un séparateur en polypropylène, introduisant une couche uniforme de dioxyde de silicium (SiO2).
Le Dr. Yun a été motivé par le besoin de matériaux de batterie efficaces dans les véhicules électriques pour atteindre des trajets plus longs, un domaine sur lequel il travaille activement. Son objectif est non seulement d’améliorer les performances des batteries, mais aussi de répondre aux préoccupations des consommateurs concernant les incendies de batterie, qui peuvent influencer leur décision de passer aux voitures électriques.
Les chercheurs ont modifié le séparateur en polypropylène pour le renforcer et augmenter sa résistance aux hautes températures. Tout d’abord, il a été enduit d’une couche de polyvinylidène, un composé chimique choisi pour améliorer l’affinité de l’électrolyte et la stabilité thermique, ainsi que pour introduire des sites pour des réactions de polymérisation par greffage. Ensuite, le séparateur a subi une polymérisation par greffage impliquant des molécules de méthacryliques et a enfin été enduit d’une couche de particules de SiO2. Ces modifications ont rendu le séparateur plus solide, plus résistant aux hautes températures, ont réduit la croissance des dendrites de lithium et ont amélioré les performances de cyclage.
Ces modifications ont non seulement maintenu la densité d’énergie des batteries au lithium-ion par unité de volume, mais ont également surpassé d’autres méthodes de revêtement en termes de performances cellulaires. Cette technique a donc le potentiel de créer des séparateurs robustes et de promouvoir l’utilisation de batteries au lithium-ion dans les véhicules électriques et les systèmes de stockage d’énergie.
« À travers cette recherche, nous espérons développer des batteries au lithium avec des niveaux élevés de sécurité. Nous croyons qu’améliorer la stabilité thermique de ces batteries sera d’une immense utilité pour l’industrie des véhicules électriques sensibles au feu. À long terme, cela pourrait encourager les gens à choisir des véhicules électriques et, dans les zones urbaines, réduire la pollution de l’air générée par les moteurs à combustion », a déclaré le Dr. Yun.
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