Prolonger la durée de vie de vos batteries en les chauffant
Une cellule de batterie comprend une électrode positive la cathode et une électrode négative l’anode. Lors de la production de courant, les électrons circulent de l’anode vers la cathode en alimentant le circuit extérieur. Ayant perdu les électrons qui génèrent le courant, une partie des atomes de l’anode – métal électriquement conducteur comme le lithium – deviennent des ions qui se déplacent alors vers la cathode dans l’électrolyte conducteur.
Lors de la recharge de la batterie le processus est inversé, et les ions retournent à l’anode. Mais dans ce cas, les ions ne se fixent pas de manière uniforme, ils forment des bosses microscopiques qui au fur et à mesure des cycles de recharge cristallisent en de longues branches. Lorsque ces cristallisations atteignent et contactent la cathode, elles forment un court-circuit. Le courant circule alors dans les cristallisations au lieu d’alimenter le circuit externe. La batterie est hors d’usage. Le courant qui circule, réchauffe les cristallisations, et l’électrolyte risque de s’enflammer. Même si les cristallisations ne court-circuitent pas la batterie, elles peuvent se détacher de l’anode et flotter dans l’électrolyte et réduire encore la capacité de la batterie.
Sur une batterie lithium de test, les chercheurs ont augmenté les cristallisations et les ont chauffées pendant quelques jours. Ils ont alors constaté que des températures allant jusqu’à 55°C réduisait les cristallisations d’au moins 36%. Pour comprendre ce qui a causé ce retrait, les chercheurs ont simulé sur ordinateur l’effet de la chaleur sur les atomes de lithium qui composent une cristallisation.
Les simulations ont montré qu’avec l’augmentation des températures, les atomes se déplaçaient de deux façons. Certains atomes à la pointe de la structure peuvent tomber à des niveaux inférieurs. Où encore, un atome à un niveau inférieur peut se déplacer et laisser une place vacante, qui est ensuite prise par un autre atome. Le mélange des atomes génère assez de mouvement pour renverser les cristallisations.
En quantifiant la quantité d’énergie nécessaire pour changer la structure de la cristallisation, les chercheurs peuvent mieux comprendre ses caractéristiques. "Ainsi alors que de nombreux facteurs influent sur la longévité de la batterie, ce travail montre qu’il se pourrait que l’on ait simplement besoin d’un peu de chaleur supplémentaire pour "doper" un peu une batterie." déclare Asghar Aryanfar, chercheur au Caltech, qui a dirigé l’étude qui a été publiée en couverture de "The Journal of Chemical Physics".
https://scitation.aip.org/content/aip/journal/jcp/143/13/10.1063/1.4930014
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