• Home
  • Chimie
  • Astronomie
  • Énergie
  • La nature
  • Biologie
  • Physique
  • Électronique
  •  science >> Science >  >> Chimie
    Vers une meilleure batterie :des scientifiques découvrent une source de dégradation des batteries au sodium

    Une illustration montre la dégradation induite par l'hydrogène d'une batterie sodium-ion :(1) lorsque l'hydrogène est présent (entouré en noir), (2) un atome de Mn (violet) peut passer de la couche de MnO2 à la couche de Na (jaune); (3) Mn peut alors se déplacer dans la couche de Na, et sera perdu. Crédit : Hartwin Peelaers

    Les batteries alimentent nos vies :nous comptons sur elles pour faire fonctionner nos téléphones portables et nos ordinateurs portables et nos voitures hybrides et électriques sur la route. Mais l'adoption sans cesse croissante des batteries lithium-ion les plus couramment utilisées peut en fait entraîner une augmentation des coûts et des pénuries potentielles de lithium, c'est pourquoi les batteries sodium-ion font l'objet de recherches intensives en tant que remplacement possible. Ils fonctionnent bien, et sodium, un métal alcalin proche du lithium, est bon marché et abondant.

    Le défi? Les batteries sodium-ion ont une durée de vie plus courte que leurs sœurs à base de lithium.

    Maintenant, Chris Van de Walle, scientifique en matériaux informatiques de l'UC Santa Barbara, et ses collègues ont découvert une raison à cette perte de capacité dans les batteries au sodium :la présence involontaire d'hydrogène, ce qui conduit à la dégradation de l'électrode de la batterie. Van de Walle et ses co-auteurs Zhen Zhu et Hartwin Peelaers ont publié leurs découvertes dans la revue Chimie des Matériaux .

    "L'hydrogène est couramment présent lors de la fabrication du matériau de cathode, soit il peut être incorporé à partir de l'environnement ou de l'électrolyte, " dit Zhu, qui est maintenant chez Google. "L'hydrogène est connu pour affecter fortement les propriétés des matériaux électroniques, nous étions donc curieux de connaître son effet sur NaMnO 2 (dioxyde de manganèse sodique), un matériau de cathode commun pour les batteries sodium-ion." Pour étudier cela, les chercheurs ont utilisé des techniques informatiques capables de prédire les effets structurels et chimiques résultant de la présence d'impuretés.

    Professeur Peelaers, maintenant à l'Université du Kansas, décrit les principales conclusions :« Nous avons rapidement réalisé que l'hydrogène peut très facilement pénétrer dans le matériau, et que sa présence permet aux atomes de manganèse de se détacher du squelette d'oxyde de manganèse qui maintient le matériau ensemble. Cette élimination du manganèse est irréversible et entraîne une diminution de capacité et, finalement, dégradation de la batterie."

    Les études ont été réalisées dans le Computational Materials Group de Van De Walle à l'UC Santa Barbara.

    "Des recherches antérieures avaient montré que la perte de manganèse pouvait avoir lieu à l'interface avec l'électrolyte ou pouvait être associée à une transition de phase, mais il n'a pas vraiment identifié de déclencheur, " a déclaré Van de Walle. " Nos nouveaux résultats montrent que la perte de manganèse peut se produire n'importe où dans le matériau, si de l'hydrogène est présent. Parce que les atomes d'hydrogène sont si petits et réactifs, l'hydrogène est un contaminant courant dans les matériaux. Maintenant que son impact négatif a été signalé, des mesures peuvent être prises lors de la fabrication et de l'encapsulation des batteries pour supprimer l'incorporation d'hydrogène, ce qui devrait conduire à de meilleures performances."

    En réalité, les chercheurs soupçonnent que même les batteries lithium-ion omniprésentes peuvent souffrir des effets néfastes de l'incorporation involontaire d'hydrogène. Que cela cause moins de problèmes parce que les méthodes de fabrication sont encore avancées dans ce système de matériaux mature, ou parce qu'il y a une raison fondamentale pour laquelle les batteries au lithium sont plus résistantes à l'hydrogène n'est pas claire à l'heure actuelle, et sera un domaine de recherche future.


    © Science https://fr.scienceaq.com