Les véhicules électriques gagnent en popularité, mais leur long temps de charge est une distraction importante pour les clients potentiels. Alors qu'un SUV typique avec un moteur à combustion peut parcourir 300 miles avec un ravitaillement de cinq minutes, un véhicule électrique à la pointe de la technologie met environ une heure à stocker suffisamment d'énergie pour parcourir la même distance. La technologie d'une batterie lithium-ion haute capacité qui se charge rapidement et fonctionne efficacement est encore un objectif non réalisé, mais les chercheurs sont maintenant plus proches que jamais.

Une équipe internationale de chercheurs a publié les détails d'un matériau d'électrode conçu qui permet de telles batteries avancées le 8 octobre en Science.

"La combinaison de haute énergie, taux élevé, et la longue durée de vie est le Saint Graal de la recherche sur les batteries, qui est déterminé par l'un des composants clés de la batterie :les matériaux des électrodes, " dit Hengxing Ji, professeur à l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC). "Nous visons à rechercher un matériau d'électrode qui peut faire une brèche dans les mesures de performance de la recherche en laboratoire et peut tenir la promesse de se tenir avec les techniques et les exigences de production industrielle."

L'énergie entre et sort de la batterie par des réactions électrochimiques dans les électrodes, un transfert lithium-ion si efficace et efficient est de la plus haute importance, selon le premier auteur Hongchang Jin de l'USTC, notamment en transférant l'énergie de la batterie à l'appareil via l'anode.

Les chercheurs se sont tournés vers le phosphore noir, un matériau qui a déjà été envisagé pour une utilisation dans les électrodes mais qui est généralement abandonné en raison de sa tendance à se déformer le long de ses bords en couches, rendant le transfert des ions lithium profondément inefficace et rendant un matériau de qualité inférieure. En combinant du phosphore noir avec du graphite, les liaisons chimiques entre ces deux matériaux se stabilisent et empêchent les changements de bord problématiques.

L'équipe s'est également attaquée à un autre problème entravant le matériau :les électrolytes peuvent se décomposer en morceaux moins conducteurs et s'accumuler à la surface de l'électrode, inhiber le transfert lithium-ion dans le matériau d'électrode, comme la poussière obscurcissant la lumière à travers le verre. L'équipe a appliqué une fine couche de gel polymère sur les matériaux des électrodes et renforcé le chemin de transport lithium-ion, prévenir efficacement le problème.

"Le matériau d'anode composite a restauré 80% de sa pleine capacité en moins de 10 minutes et montre une durée de vie de 2000 cycles à température ambiante, qui a été mesurée dans des conditions compatibles avec les procédés de fabrication industriels, " a déclaré le co-premier auteur Sen Xin, professeur de l'Institut de chimie de l'Académie chinoise des sciences. « Si une production évolutive peut être réalisée, ce matériau peut constituer une alternative, anode en graphite mise à jour, et nous oriente vers une batterie lithium-ion avec une densité énergétique de plus de 350 watts-heure par kilogramme et une capacité de charge rapide. Une projection réussie des paramètres ci-dessus sur le véhicule électrique augmentera considérablement sa compétitivité par rapport aux voitures à carburant. »

Les 350 watts-heure par kilogramme décrivent la capacité énergétique de la batterie :un véhicule électrique équipé d'une telle batterie pourrait parcourir 600 milles avec une seule charge. En comparaison, la Tesla Model S sur le marché peut parcourir 400 miles avec une seule charge.