Futur : Bien qu’elles soient l’une des technologies les plus pratiques et efficaces pour stocker et fournir de l’énergie électrique, les batteries lithium-ion ont commencé à montrer leurs limites. Les scientifiques recherchent des matériaux alternatifs et des solutions de stockage d’énergie, mais ils affirment désormais qu’ils peuvent améliorer le fonctionnement des batteries Li-ion et pendant de longues périodes.
Une équipe de chercheurs européens du Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) et de l’Université Humboldt de Berlin a développé une solution de charge alternative pour permettre aux batteries Li-ion de durer beaucoup plus longtemps qu’aujourd’hui. L’étude montre que les batteries deviennent plus résilientes et conservent une capacité énergétique plus élevée après des centaines de cycles de décharge-recharge en modifiant la manière dont le chargeur délivre le courant aux matériaux électrolytiques.
Les batteries lithium-ion sont des conteneurs d’énergie compacts et robustes devenus obséquieux. Les véhicules électriques et les appareils électroniques en dépendent, mais leur capacité se dégrade progressivement à mesure que les électrolytes traversent la membrane qui sépare l’anode et la cathode. Les meilleures batteries lithium-ion de qualité commerciale disponibles utilisent des électrodes constituées d’un composé connu sous le nom de NMC532 et de graphite, et offrent une durée de vie allant jusqu’à 8 ans.
La recharge conventionnelle utilise un courant constant (CC) d’énergie électrique externe. L’étude a analysé ce qui est arrivé aux échantillons de batterie lors de l’utilisation de la charge CC et a découvert que l’interface électrolyte solide (SEI) de l’anode était « considérablement plus épaisse ». Par ailleurs, ils ont découvert davantage de fissures dans les structures des électrodes du NMC532 et du graphite.
Un SEI plus épais et davantage de fissures dans les électrodes entraînent une perte de capacité importante pour les batteries Li-ion. Ainsi, les chercheurs ont développé un protocole de charge basé sur le courant pulsé (PC). Après avoir chargé les batteries avec le nouveau protocole PC, l’équipe a découvert que l’interface SEI était beaucoup plus fine et que les matériaux des électrodes subissaient moins de modifications structurelles.
L’équipe a utilisé deux des principales installations synchrotron d’Europe pour l’accélération des particules, « BESSY II » et « PETRA III », pour mener les expériences de recharge à courant pulsé. Ils ont découvert que le chargement du PC favorise la « répartition homogène » des ions lithium dans le graphite, ce qui réduit les contraintes mécaniques et la fissuration des particules de graphite. Le protocole peut également supprimer la dégradation structurelle de la cathode NMC532.
L’étude montre que les impulsions haute fréquence avec courant carré ont produit les meilleurs résultats. Les tests montrent que le chargement d’un PC peut doubler la durée de vie des batteries Li-ion commerciales avec une rétention de capacité de 80 %.
« La charge pulsée pourrait apporter de nombreux avantages en termes de stabilité des matériaux des électrodes et des interfaces et prolonger considérablement la durée de vie des batteries », a déclaré le professeur Julia Kowal de la TU Berlin, co-auteur de l’étude.
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