Une équipe germano-américaine découvre la cause des dendrites, la densité de courant critique des batteries à l'état solide augmente de 300 %

fr.wedoany.com Rapport : Les équipes de recherche du Massachusetts Institute of Technology (MIT) et de l'Université technique de Munich (TUM) ont identifié avec précision la cause fondamentale de la formation des dendrites dans les batteries à l'état solide et proposé une méthode pour les inhiber.

L'équipe a découvert que les dendrites dans les batteries à l'état solide proviennent d'un déséquilibre électrique caché aux interfaces de contact des grains de l'électrolyte. Ces déséquilibres électriques bloquent les ions lithium et capturent les électrons qui fuient, perturbant ainsi la conduction normale des charges. En ajustant le processus de traitement de l'électrolyte, les chercheurs ont minimisé ces pièges électriques, réduisant efficacement les fuites d'électrons. Cet ajustement a permis d'augmenter la densité de courant critique du matériau de plus de 300 %, ouvrant la voie à des batteries à l'état solide capables de se recharger plus rapidement et de durer plus longtemps.

Les batteries à l'état solide remplacent l'électrolyte liquide des batteries lithium-ion par un électrolyte solide en céramique ou en plastique. Cependant, le problème des courts-circuits causés par les dendrites a toujours entravé leur développement pratique. Les dendrites sont de minuscules pointes de lithium métallique qui percent l'électrolyte solide. L'électrolyte solide est composé de milliards de monocristaux (grains) de taille micrométrique étroitement empilés, séparés par des joints de grains microscopiques. On soupçonne depuis longtemps que ces joints de grains possèdent des propriétés chimiques et électriques uniques, bloquant les ions, fuyant les électrons et provoquant des dendrites de court-circuit, mais le mécanisme exact à l'origine de cette interaction destructrice était jusqu'à présent inconnu.

Dans cette étude, les chercheurs ont révélé le mécanisme perturbateur en modélisant comment le déséquilibre électrique local aux joints de grains perturbe le mouvement des charges. Ils ont testé le matériau électrolytique solide — le zirconate de lanthane dopé au lithium (LLZO) — à l'aide de la microscopie électronique, de l'apprentissage automatique et de techniques spectroscopiques avancées. Les résultats montrent que le cœur des joints de grains porte une charge locale, bloquant les ions lithium tout en capturant les électrons. L'accumulation d'électrons réduit la charge des ions lithium à proximité, les forçant à se solidifier en dendrites métalliques qui endommagent la batterie. Sur la base de ces découvertes, les chercheurs ont ajusté les conditions de traitement de l'électrolyte LLZO afin de minimiser la charge négative aux joints de grains. L'électrolyte ainsi modifié permet aux ions lithium de passer rapidement tout en inhibant les fuites d'électrons. Cette correction est très efficace : le nouveau matériau supporte une densité de courant critique supérieure de plus de 300 % à celle des échantillons standards, sans formation de dendrites. L'étude, dirigée par le professeur Harry Tuller du Département de science et génie des matériaux du MIT, a été publiée dans la revue *Nature Nanotechnology*.