Fatigue métallique dans les anodes identifiées comme cause clé de la dégradation de la batterie au lithium à l’état solide

Une équipe de scientifiques et d’ingénieurs des matériaux affiliés à plusieurs institutions en Chine a constaté que l’une des principales raisons pour lesquelles les batteries au lithium à l’état solide échouent au fil du temps est la fatigue des métaux dans l’anode, qui contribue à la dégradation de l’interface et à la croissance de la dendrite. Dans leur journal publié dans le journal Sciencele groupe décrit comment ils ont étudié la croissance de la dendrite des batteries au lithium à l’état solide en utilisant la microscopie électronique à balayage et ce qui est arrivé à leurs anodes au fil du temps.

L’un des principaux objectifs des fabricants de batteries au lithium à l’état solide est de les rendre compétitifs avec des batteries au lithium-ion standard. De telles batteries, ont-elles été notées, serait une amélioration bienvenue car elles sont beaucoup plus sûres et ont des densités d’énergie beaucoup plus élevées que les batteries actuellement utilisées. Malheureusement, ces batteries ne durent pas aussi longtemps en raison de la croissance dendritique, qui sont des structures en forme d’aiguille qui s’accumulent dans le lithium, provoquant des circuits courts et la mort de la batterie.

Dans ce nouvel effort, l’équipe de recherche a cherché à en savoir plus sur la raison de l’accumulation dendritique et toutes les autres causes de défaillance de la batterie au lithium à l’état solide. À cette fin, ils ont utilisé des simulations de champ de phase et une numérisation microscopie électronique Pour examiner de plus près les composants de la batterie pendant différentes étapes de sa durée de vie utile.

Ce faisant, ils ont trouvé que fatigue des métaux se produisant dans le anode (en raison de l’expansion et de la contraction de lithium Pendant la charge et la recharge) était la principale raison de la défaillance de la batterie. Une telle fatigue, a-t-on constaté, a favorisé la croissance des dendrites.

Plus précisément, ils ont constaté que l’expansion et la contraction constante conduisaient au développement de microvoïdes et de fissures à l’interface électrolyte anode-solide, ce qui a conduit à la croissance et à la dégradation de la dendrite, même à faible densités.

Les chercheurs ont également découvert que la fatigue qu’ils trouvaient dans les batteries sont conformes à la loi sur le cercueil (une équation qui décrit le comportement de la fatigue à faible cycle), ce qu’ils notent signifie qu’elle est intrinsèque à la nature de la batterie et prévisible. Ils suggèrent que cela offre l’espoir de trouver un moyen de prévenir la fatigue du métal et croissance de la dendrite et une défaillance éventuelle du batterie.

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