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Des batteries lithium-ion qui n'explosent pas
Un nouveau matériau polymère pourrait empêcher le type d'explosions de batteries qui ont conduit aux rappels massifs de batteries lithium-ion pour ordinateurs portables l'année dernière. (Voir Batteries lithium-ion plus sûres.) En rendant ces batteries plus sûres, le nouveau matériau pourrait aider à ouvrir la voie à l'utilisation généralisée des batteries lithium-ion dans les véhicules hybrides et électriques.
Économiseur de batterie: Des bandes de ce mince film blanc pourraient être essentielles pour prévenir les incendies de batterie du type qui a forcé le rappel de millions de batteries l'année dernière. Le matériau, qui sépare les électrodes à l'intérieur d'une batterie, change de structure pour éviter la surchauffe.
Les batteries lithium-ion sont utilisées dans les ordinateurs portables car elles sont petites et légères par rapport aux alternatives. Dans les voitures, elles pourraient remplacer les batteries nickel-hydrure métallique utilisées dans les hybrides maintenant, ce qui permettrait de gagner de la place et d'améliorer l'économie de carburant en réduisant le poids. Mais jusqu'à présent, ils n'ont pas été largement utilisés dans les voitures, en partie à cause de problèmes de sécurité. (Voir Les voitures électriques au lithium-ion sont-elles sûres ?)
Les batteries peuvent exploser et s'enflammer lorsqu'elles surchauffent, en raison d'une surcharge ou du contact des électrodes à l'intérieur de la batterie, provoquant un court-circuit. Alors qu'un incendie d'ordinateur portable peut être dangereux, les batteries de ces appareils ne nécessitent que quelques cellules. Un incendie causé par des milliers de cellules dans une batterie de voitures pourrait être bien pire.
L'année dernière, des millions d'ordinateurs portables ont été rappelés par de grandes entreprises comme Apple et Dell parce que des particules métalliques ont été accidentellement incorporées dans les cellules de la batterie pendant la fabrication. Dans de rares cas, ces particules pourraient pénétrer dans une feuille de plastique appelée séparateur qui empêche généralement les électrodes positives et négatives à l'intérieur d'une cellule de se toucher. Un tel événement peut générer de la chaleur, ce qui peut entraîner une panne supplémentaire du séparateur, entraînant plus de court-circuit et plus de chauffage. À des températures suffisamment élevées, les matériaux des électrodes se décomposent, libérant de l'oxygène et entraînant un chauffage plus rapide et, finalement, une explosion et un incendie.
Les chercheurs de Afficher les produits chimiques , une filiale de ExxonMobil Chimie basée à Tokyo, au Japon, ont développé un nouveau séparateur qui joue un rôle actif dans la prévention de la surchauffe des batteries. Le matériau pourrait permettre de ralentir les réactions, permettant à la batterie de se refroidir plutôt que de s'enflammer, explique Pierre Roth , responsable de programme pour le développement de technologies avancées chez Laboratoires nationaux Sandia , à Albuquerque, Nouveau-Mexique. Sandia teste actuellement les caractéristiques de sécurité du nouveau séparateur.
Les séparateurs sont des matériaux électriquement isolants qui ont été conçus pour avoir des pores qui permettent aux ions lithium de faire la navette entre les électrodes d'une batterie pendant que la batterie est chargée et déchargée. Une nouvelle génération de séparateurs est conçue pour se ramollir lorsqu'ils atteignent une certaine température, environ 130 ºC. Cela ferme les pores, coupant le flux de courant. Dans certains cas, cela arrêtera la surchauffe. Mais si la température continue d'augmenter dans la cellule, ces matériaux fondent complètement, se décomposent et provoquent des courts-circuits électriques massifs qui peuvent accélérer le chauffage. Si la cellule dépasse 180 °C, les matériaux des électrodes peuvent se décomposer, libérant de l'oxygène qui permet à l'électrolyte de la batterie de s'enflammer et à la batterie d'exploser.
Contrairement à ces séparateurs, qui se décomposent à un peu plus de 150 ºC, le nouveau matériau Tonen reste intact jusqu'à 190 ºC. En empêchant les courts-circuits électriques massifs, le nouveau séparateur pourrait empêcher le chauffage accéléré qui conduit aux explosions, dit Roth.
La performance du séparateur est due au fait qu'il incorpore plus d'un polymère : un qui se ramollit à 130 ºC pour couper le courant, et un autre pour garder le séparateur intact pour éviter les courts-circuits. Étant donné que le matériau peut être fabriqué en modifiant l'équipement de fabrication existant, il pourrait rapidement être disponible en grandes quantités, selon Koichi Kono, directeur R&D de Tonen. Commercialement, nous sommes prêts, dit-il.
D'autres entreprises ont développé des approches alternatives pour rendre les batteries lithium-ion plus sûres, notamment en utilisant différents matériaux d'électrode ou des électrolytes ininflammables, ou en ajoutant une fine couche de matériau céramique pour maintenir les électrodes séparées. Bien que les céramiques puissent survivre à des températures très élevées, des questions subsistent quant à leur capacité à être incorporées dans les processus de fabrication et si elles seront trop chères, dit Roth. L'objectif est d'avoir des batteries qui tombent en panne de manière gracieuse plutôt qu'explosible.