La tomographie révèle le fort potentiel des piles solides au sulfure de cuivre

Les batteries à l'état solide permettent d'atteindre des densités d'énergie encore plus élevées que les batteries lithium-ion tout en offrant une grande sécurité. Une équipe dirigée par le professeur Philipp Adelhelm et le docteur Ingo Manke a réussi à observer une batterie à l'état solide pendant la charge et la décharge et à créer des images 3D à haute résolution. Cela a montré que la fissuration peut être efficacement réduite par une pression plus élevée.

Les batteries à l'état solide (SSB) sont actuellement considérées comme une technologie de batterie prometteuse pour l'avenir. Par rapport aux batteries lithium-ion actuelles, qui sont utilisées dans les téléphones mobiles, les ordinateurs portables et les véhicules électriques, les SSB pourraient atteindre des densités d'énergie encore plus élevées et une meilleure sécurité. Outre les instituts de recherche, toutes les grandes entreprises automobiles effectuent donc également des recherches sur cette technologie. La principale caractéristique de cette technologie est que les électrolytes liquides hautement inflammables des batteries lithium-ion sont remplacés par un solide. La batterie entière est donc constituée uniquement de "matériaux solides", d'où le nom de batterie à l'état solide. Afin de produire une telle batterie, différents matériaux (anode, cathode et électrolyte) doivent être pressés ensemble sous haute pression.

Des chercheurs du Helmholtz-Zentrum Berlin et Hereon, de la Humboldt-Universität zu Berlin et de l'Institut fédéral de recherche et d'essais sur les matériaux ont réussi à observer les processus à l'intérieur d'une telle batterie à l'état solide pendant la charge et la décharge. L'équipe dirigée par le professeur Philipp Adelhelm et le docteur Ingo Manke a étudié le comportement du sulfure de cuivre, un minéral naturel, en tant que cathode dans une batterie à l'état solide. Le lithium a été utilisé comme anode. Une caractéristique particulière de la batterie est la formation de grands cristallites de cuivre pendant la décharge. La formation de grands cristallites permet une étude détaillée de la réaction au moyen de la tomographie aux rayons X. Ainsi, la réaction de (dé)charge est un processus qui se déroule dans des conditions extrêmes. Ainsi, la réaction de (dé)charge a pu être suivie en 3D et, pour la première fois, le mouvement des particules de cathode dans la batterie a pu être suivi. En outre, il a été démontré que la fissuration peut être efficacement réduite par une pression plus élevée. "Pour les mesures complexes, nous avons dû faire des compromis et réaliser de nombreuses expériences de référence", expliquent le Dr Zhenggang Zhang et le Dr Kang Dong, les premiers auteurs conjoints de la publication. "Cependant, les résultats fournissent un aperçu détaillé du fonctionnement interne d'une batterie à l'état solide et montrent comment ses propriétés peuvent être améliorées."