La compréhension mécaniste pourrait permettre de meilleures batteries à chargement rapide

Les batteries au lithium-ion à charger rapide sont omniprésentes, alimentant tout, des téléphones portables et des ordinateurs portables aux véhicules électriques. Ils sont également connus pour surchauffer ou prendre feu.

Maintenant, avec un modèle informatique innovant, une université du Wisconsin – Madison ingénieur en mécanique a acquis une nouvelle compréhension d’un phénomène qui fait échouer les batteries au lithium-ion.

Développé par Weiyu Li, professeur adjoint de génie mécanique à UW – Madison, le modèle explique le placage au lithium, dans lequel la charge rapide déclenche le lithium métallique à s’accumuler à la surface de l’anode d’une batterie, provoquant une dégradation de la batterie ou prendre feu.

Ces connaissances pourraient conduire à une charge rapide batteries au lithium-ion qui sont plus sûrs et plus durables.

Les mécanismes qui déclenchent le placage au lithium, jusqu’à présent, n’ont pas été bien compris. Avec son modèle, Li a étudié le placage au lithium sur une anode graphite dans une batterie lithium-ion. Le modèle a révélé comment l’interaction complexe entre le transport d’ions et les réactions électrochimiques entraîne un placage au lithium. Elle a détaillé ses résultats Dans un article publié le 10 mars 2025, dans la revue Lettres d’énergie ACS.

« En utilisant ce modèle, j’ai pu établir des relations entre les facteurs clés, tels que les conditions de fonctionnement et les propriétés des matériaux, et l’apparition du placage au lithium », explique Li. « À partir de ces résultats, j’ai créé un diagramme qui fournit des conseils basés sur la physique sur les stratégies pour atténuer le placage. Le diagramme rend ces résultats très accessibles, et les chercheurs peuvent exploiter les résultats sans avoir besoin d’effectuer des simulations supplémentaires. »

Les chercheurs peuvent utiliser les résultats de Li pour concevoir non seulement les meilleurs matériaux de batterie, mais surtout, les protocoles de charge qui s’étendent durée de vie de la batterie.

« Cette direction basée sur la physique est précieuse car elle nous permet de déterminer le moyen optimal d’ajuster les densités actuelles pendant la charge, en fonction de l’état de charge et des propriétés des matériaux, pour éviter le placage au lithium », explique Li.

Des recherches antérieures sur le placage au lithium se sont principalement concentrées sur des cas extrêmes. Notamment, le modèle de Li fournit un moyen d’étudier le début du placage au lithium sur un éventail beaucoup plus large de conditions, permettant une image plus complète du phénomène.

LI prévoit de développer davantage son modèle pour intégrer des facteurs mécaniques, tels que la génération de stress, afin d’explorer leur impact sur le placage au lithium.