Le fiasco des Note7 a attiré l’attention des constructeurs sur les risques de vouloir repousser les limites de la technologie pour créer des batteries avec une forte densité d’énergie. Si Samsung en a payé les frais aussi bien sur le plan financier qu’au niveau de son image de marque, le constructeur sud-coréen n’est pas le seul concerné. Des cas d’explosions isolés de batterie de l’iPhone ont en effet été signalés dans certains pays, et on aurait pu en avoir beaucoup d’autres chez d’autres constructeurs à l’avenir si le cas des Galaxy Note7 ne s’était pas produit pour servir d’exemple.Le problème est que les densités d'énergie des batteries continuent d'augmenter, et d’après des chercheurs de Stanford University, en Californie, les problèmes de sécurité (tels que les incendies et les explosions) associés à l'utilisation d'électrolytes liquides hautement inflammables dans ces cas, restent un problème majeur. Cela entrave donc considérablement les applications pratiques de la prochaine génération de batteries à haute énergie.
Face à ce problème, ils ont donc fabriqué pour les batteries lithium-ion un nouveau séparateur « électrospun » dit « intelligent » avec des propriétés retardatrices thermiques ou ignifuges. Pour information, une substance est dite ignifuge lorsqu’elle rend difficilement inflammables les matériaux naturellement combustibles. L’un des problèmes qu’ils devraient résoudre est qu’une substance ignifuge ou retardatrice de flamme est susceptible d’avoir des impacts négatifs sur la batterie, en réduisant notamment ses performances électrochimiques. Pour résoudre ce problème, ils ont donc encapsulé la substance ignifuge dans une enveloppe de polymère protectrice.
Dans leur expérience, les chercheurs expliquent que « l'encapsulation d'un retardateur de flamme à l'intérieur d'une enveloppe de polymère protectrice a empêché la dissolution directe de la substance ignifuge dans l'électrolyte, ce qui aurait autrement des effets négatifs sur les performances de la batterie ». La substance retardatrice de flamme sera toutefois libérée en cas de surchauffe de la batterie pour empêcher la combustion des électrolytes. « Pendant l'emballement thermique de la batterie lithium-ion, l'enveloppe de polymère protectrice va fondre, à cause de la température accrue, et le retardateur de flamme sera libéré, supprimant ainsi efficacement la combustion des électrolytes hautement inflammables », ajoutent-ils. Le processus est illustré par la figure suivante.
Schéma du séparateur électrospun « intelligent » avec propriétés ignifuges à déclenchement thermique pour batteries lithium-ion.
Comme le montre la partie (A), le séparateur autonome (entre l’anode et la cathode) est composé de microfibres avec une structure « noyau-enveloppe », où l'élément ignifuge est le noyau et le polymère est l'enveloppe. L'encapsulation du retardateur de flamme à l'intérieur de l'enveloppe de polymère protectrice empêche la dissolution du retardateur de flamme dans l'électrolyte, ce qui évite ainsi les effets négatifs sur la performance électrochimique de la batterie. Dans la partie (B) de la figure, on voit que lors du déclenchement thermique, l'enveloppe de polymère va fondre, puis le retardateur de flamme encapsulé sera libéré dans l'électrolyte. Cela va empêcher la combustion des électrolytes.
L’étude complète est disponible en accès libre et distribuée sous les termes de la licence Creative Commons Attribution-NonCommercial, qui permet l'utilisation, la distribution et la reproduction dans n'importe quel support, à condition que l'utilisation résultante ne soit pas pour un avantage commercial et que le travail original soit correctement cité.
Source : Science Advances (rapport complet de l’étude)
Envoyé par el_slapper
