Les batteries lithium-ion ont révolutionné l'électronique mobile et sont utilisées dans les nouveaux équipements énergétiques, mais des améliorations supplémentaires en termes de durée de vie et d'alimentation nécessiteront de nouvelles technologies, telles que les batteries au lithium-métal, qui durent plus longtemps. La charge est plus rapide, mais cette technique pose un problème: les dépôts de lithium, appelés dendrites, ont tendance à se développer sur l’anode, ce qui peut provoquer un court-circuit, ce qui peut provoquer une défaillance de la batterie, un incendie ou une explosion.
Des chercheurs de l'Institut de chimie de l'Académie chinoise des sciences, de l'Université de l'Académie chinoise des sciences et du Centre de recherche scientifique et technologique sur la haute tension de Chine ont mis au point un séparateur membranaire à base d'allotropes du carbone, appelé graphdiyne. Les ions lithium filtrent et empêchent la croissance des dendrites 'Shang et al., Material.10 (2018) 191-199'.
Sur le plan conceptuel, une pile au lithium métal ressemble à une pile aux ions lithium, mais repose sur une anode en lithium. Lors de la décharge, l'anode en lithium fournit des électrons à la cathode par le biais d'un circuit externe. Dans le processus, des dendrites indésirables peuvent se former.
C’est là que la membrane séparatrice entre en jeu. Un séparateur à film mince constitué de diyne en graphite ultra mince (10 nm) (une monocouche de carbone bidimensionnelle hexagonale pontée par une chaîne de diacétylène) possède des propriétés remarquables. La dyne graphitique n’est pas seulement élastique et solide à la fois, sa structure chimique forme également un réseau poreux uniforme, ne permettant à un seul ion lithium de traverser chaque trou, ce qui régule le mouvement des ions à travers la membrane, ce qui rend la diffusion des ions extrêmement uniforme. Cette caractéristique de la batterie inhibe efficacement la croissance des dendrites au lithium.
Li Yuliang de l'Institut de chimie de l'Académie chinoise des sciences, qui a dirigé la recherche, a expliqué: "La suppression des dendrites de lithium peut stabiliser l'interface électrolyte solide, augmentant ainsi la durée de vie du dispositif et l'efficacité coulombique." Elle permet d'éviter les courts-circuits dendritiques et d'améliorer la sécurité de la batterie. .
Les chercheurs pensent que les pellicules de diyne graphite peuvent résoudre certains des problèmes épineux auxquels sont actuellement confrontées les piles au lithium et autres piles alcalines.
"Le graphite diyne est un matériau idéal avec une structure superconjuguée, une bande interdite inhérente, une structure macroporeuse naturelle et des propriétés semi-conductrices, ce qui offre de grandes perspectives pour la résolution de problèmes scientifiques majeurs dans ce domaine", a déclaré Li.
Les matériaux bidimensionnels sont également simples dans des conditions de laboratoire normales et faciles à produire.
"Bien que des efforts supplémentaires soient nécessaires pour améliorer la qualité des membranes de diyne en graphite à grande échelle, nous pensons que le diacétylène en graphite pourrait apporter des avancées majeures dans la sécurité des batteries au lithium", ont déclaré aux journalistes.
