La technologie des semi-conducteurs atténue le risque d’incendie dans les batteries de véhicules électriques

La technologie des semi-conducteurs atténue le risque d'incendie dans les batteries de véhicules électriques

Images SEM et photographies en vue de dessus (en médaillon) d’électrodes plain-Li et Li@p-PCL après des tests de cyclage avec des cellules symétriques Li|Li à 1,0 mA cm-2 et 1,0 mAh cm-2. Crédit : Institut coréen des sciences et de la technologie (KIST)

Malgré le développement rapide des véhicules électriques (VE), les batteries lithium-ion (Li-ion) présentent un risque d’incendie et d’explosion. Parmi les approches pour s’attaquer à ce problème, des chercheurs coréens ont utilisé la technologie des semi-conducteurs pour améliorer leur sécurité. Une équipe de recherche de l’Institut coréen des sciences et de la technologie (KIST) dirigée par le Dr Joong Kee Lee du Center for Energy Storage Research a réussi à inhiber la croissance des dendrites, des cristaux à branches multiples qui provoquent des incendies de batteries de véhicules électriques en formant des semi-conducteurs protecteurs. couches de passivation à la surface des électrodes de Li.

Lorsque les batteries Li-ion sont chargées, les ions Li sont transportés vers l’anode (l’électrode négative) et se déposent à la surface sous forme de métal Li ; à ce stade, des dendrites arborescentes se forment. Ces dendrites de Li sont responsables des fluctuations volumétriques incontrôlables et entraînent des réactions entre l’électrode solide et l’électrolyte liquide, ce qui provoque un incendie. Sans surprise, cela dégrade considérablement les performances de la batterie.

Pour empêcher la formation de dendrites, l’équipe de recherche a exposé le plasma au fullerène (C60), un matériau semi-conducteur hautement conducteur électronique, entraînant la formation de couches carbonées de passivation semi-conductrices entre l’électrode de Li et l’électrolyte. Les couches carbonées de passivation semi-conductrice permettent le passage des ions Li tout en bloquant les électrons en raison de la génération de barrière Schottky, et en empêchant les électrons et les ions d’interagir sur la surface de l’électrode et à l’intérieur, ils arrêtent la formation de cristaux de Li et la croissance conséquente des dendrites .

La stabilité des électrodes avec les couches carbonées de passivation semi-conductrice a été testée en utilisant des cellules symétriques Li/Li dans des environnements électrochimiques extrêmes où les électrodes Li typiques restent stables jusqu’à 20 cycles de charge/décharge. Les électrodes nouvellement développées ont montré une stabilité considérablement améliorée, la croissance des dendrites de Li étant supprimée jusqu’à 1 200 cycles. De plus, à l’aide d’un oxyde de lithium cobalt (LiCoO2) cathode en plus de l’électrode développée, environ 81 % de la capacité initiale de la batterie a été maintenue après 500 cycles, ce qui représente une amélioration d’environ 60 % par rapport aux électrodes Li conventionnelles.

La technologie des semi-conducteurs atténue le risque d'incendie dans les batteries de véhicules électriques

Les chercheurs du KIST étudient les semi-conducteurs de carbone polymérisés par plasma pour les électrodes au lithium. Crédit : Institut coréen des sciences et de la technologie (KIST)

Le chercheur principal, le Dr Joong Kee Lee, a déclaré : « La suppression efficace de la croissance des dendrites sur les électrodes Li est essentielle pour améliorer la sécurité des batteries. La technologie de développement d’électrodes Li-métal hautement sûres proposée dans cette étude fournit un modèle pour le développement de la prochaine génération batteries qui ne présentent pas de risque d’incendie. » Le Dr Lee affirme que le prochain objectif de son équipe est d’améliorer la viabilité commerciale de cette technologie : « Nous visons à rendre la fabrication des couches carbonées de passivation semi-conductrices plus rentable en remplaçant le fullerène par des matériaux moins coûteux. »


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Plus d’information:
Ryanda Enggar Anugrah Ardhi et al, Interfaces de contact métal-semiconducteur ohmique et Schottky pour électrodes Li-métal stables, Lettres énergétiques ACS (2021). DOI : 10.1021 / acsenergylett.1c00150

Fourni par le Conseil national de recherches scientifiques et technologiques

Citation: La technologie des semi-conducteurs atténue le risque d’incendie dans les batteries de véhicules électriques (2021, 16 juin) récupéré le 16 juin 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-06-semiconductor-technology-mitigates-electric-vehicle.html

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