Les scientifiques ont mis en évidence une nouvelle conception d’électrode qui pourrait propulser les véhicules électriques plus loin à chaque charge.
Des scientifiques qui ont bricolé des matériaux de batteries couramment utilisés ont trouvé un moyen de modifier leurs microstructures pour améliorer la densité énergétique. Ces travaux ouvrent la voie à des véhicules électriques capables de se déplacer plus loin à chaque charge, et les scientifiques espèrent que d’autres expériences permettront d’améliorer encore les performances.
Les travaux ont été menés par des scientifiques de l’Institut des sciences et des technologies de Skolkovo en Russie et portent sur l’une des deux électrodes de la batterie, appelée cathode. Dans de nombreuses batteries lithium-ion, cette électrode est constituée d’oxydes de métaux de transition stratifiés, appelés NMC (Metal Oxides), riches en nickel et composés de particules de forme octaédrique.
Cela signifie que lorsque deux de ces particules s’assemblent, il y a inévitablement des espaces vides aux limites, car aucune ne s’emboîte parfaitement. Les scientifiques ont réussi à modifier la configuration de deux NMC courants en modifiant la procédure de synthèse, en intégrant soigneusement un sel inerte pour favoriser la formation de particules sphériques plutôt que de particules octaédriques.
« Notre matériau est un NMC monocristallin avec des particules sphériques, combinant le meilleur des deux mondes en ce qui concerne la maximisation de la densité », explique Aleksandra Savina, co-auteur de l’étude. Contrairement aux polycristaux, les particules de poudre n’ont pas de structure interne, il n’y a donc pas d’espaces perdus aux limites des grains. En outre, il est possible d’empiler davantage de monocristaux de forme sphérique que de cristaux de forme octaédrique dans le même volume limité, ce qui permet d’obtenir une plus grande densité. »
Images microscopiques des particules sphériques constituant une nouvelle électrode de batterie prometteuse.
Selon l’équipe, ce nouveau matériau cathodique offre une augmentation de la densité énergétique pouvant atteindre 25 %. Les scientifiques pensent qu’il est possible de faire rentrer encore plus d’énergie dans le même volume en poursuivant l’expérimentation sur la taille des particules, peut-être en mélangeant des particules plus petites et plus grandes pour augmenter encore la densité de la cathode. Une autre caractéristique utile de la conception est que les particules sphériques minimisent le contact de surface avec l’électrolyte de la batterie, ce qui ralentit la dégradation de la cathode.
« Les matériaux de cathode constituent un goulot d’étranglement important en ce qui concerne les batteries des véhicules électriques », a déclaré le professeur Artem Abakumov, chercheur principal. « Les cathodes des batteries des voitures électriques ont tendance à utiliser des oxydes de métaux de transition stratifiés, notamment ceux riches en nickel. Nous avons amélioré deux matériaux de ce type couramment utilisés, en obtenant une augmentation de 10 à 25 % de la densité énergétique. Cela se traduit par des cathodes plus petites, des batteries plus compactes et donc une plus grande capacité de stockage d’énergie pour un même volume. En prime, le matériau se détériore moins vite. »
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/YA/D2YA00211F
