Une coupe transversale de micrographie électronique montre une feuille d'aluminium plaquée d'oxyde de cobalt-lithium, un matériau courant dans les batteries lithium-ion. Crédit :Image reproduite avec l'aimable autorisation de Hailong Ning et Jerome Davis III, Xerion Advanced Battery Corp.
Le processus de fabrication de bijoux plaqués or ou d'accessoires chromés pour voitures fabrique désormais de puissantes batteries lithium-ion.
Des chercheurs de l'Université de l'Illinois, Xerion Advanced Battery Corporation et l'Université de Nanjing en Chine ont développé une méthode de galvanoplastie des cathodes des batteries lithium-ion, rendement de haute qualité, des matériaux de batterie haute performance qui pourraient également ouvrir la porte aux batteries flexibles et à l'état solide.
« Il s'agit d'une toute nouvelle approche de la fabrication de cathodes de batterie, qui a abouti à des batteries avec des formes et des fonctionnalités auparavant impossibles à obtenir, " a déclaré Paul V. Braun, professeur de science et d'ingénierie des matériaux et directeur du laboratoire de recherche sur les matériaux Frederick Seitz de l'Illinois. Il a codirigé le groupe de recherche qui a publié ses conclusions dans la revue Avancées scientifiques .
Les cathodes de batterie lithium-ion traditionnelles utilisent des poudres contenant du lithium formées à haute température. La poudre est mélangée avec des liants gluants et d'autres additifs dans une suspension, qui est étalé sur une fine feuille de papier d'aluminium et séché. La couche de lisier doit être mince, les batteries sont donc limitées dans la quantité d'énergie qu'elles peuvent stocker. La colle limite également les performances.
La méthode de galvanoplastie pourrait permettre flexible, conceptions de batterie en trois dimensions. Cette feuille d'aluminium plaquée s'est enroulée sans se fissurer. Crédit :Image reproduite avec l'aimable autorisation de Hailong Ning et Jerome Davis III, Xerion Advanced Battery Corp.
"La colle n'est pas active. Elle n'apporte rien à la batterie, et cela gêne le passage de l'électricité dans la batterie, " a déclaré le co-auteur Hailong Ning, le directeur de la recherche et du développement chez Xerion Advanced Battery Corporation à Champaign, une start-up co-fondée par Braun. "Vous avez tout ce matériel inactif qui prend de la place à l'intérieur de la batterie, tandis que le monde entier essaie d'obtenir plus d'énergie et de puissance de la batterie."
Les chercheurs ont complètement contourné le processus de poudre et de colle en plaquant directement les matériaux au lithium sur la feuille d'aluminium.
Étant donné que la cathode électrolytique n'a pas de colle prenant de la place, il contient 30 pour cent d'énergie en plus qu'une cathode conventionnelle, selon le papier. Il peut également charger et décharger plus rapidement, puisque le courant peut le traverser directement et ne pas avoir à naviguer autour de la colle inactive ou à travers la structure poreuse du lisier. Il a aussi l'avantage d'être plus stable.
En outre, le processus de galvanoplastie crée des matériaux cathodiques purs, même à partir d'ingrédients de départ impurs. Cela signifie que les fabricants peuvent utiliser des matériaux de moindre coût et de qualité et que le produit final sera toujours de haute performance, éliminant le besoin de commencer avec des matériaux coûteux déjà mis au niveau de la batterie, dit Braun.
La galvanoplastie peut être appliquée à texturé, substrats tridimensionnels ou souples, ouvrant la porte à de nouvelles conceptions de batteries. Le côté droit de ce quartier était plaqué d'oxyde de cobalt-lithium. Crédit :Hailong Ning et Jérôme Davis III, Xerion Advanced Battery Corp.
« Cette méthode ouvre la porte aux cathodes de batterie flexibles et tridimensionnelles, puisque la galvanoplastie consiste à tremper le substrat dans un bain liquide pour le revêtir, " a déclaré le co-auteur Huigang Zhang, un ancien scientifique principal à Xerion qui est maintenant professeur à l'Université de Nanjing.
Les chercheurs ont démontré la technique sur mousse de carbone, un poids léger, matériel pas cher, fabriquer des cathodes beaucoup plus épaisses que les boues conventionnelles. Ils l'ont également démontré sur des feuilles et des surfaces avec différentes textures, formes et souplesse.
"Ces conceptions sont impossibles à réaliser par des procédés conventionnels, " a déclaré Braun. "Mais ce qui est vraiment important, c'est que c'est un matériau de haute performance et qu'il est presque solide. En utilisant une électrode solide plutôt que poreuse, vous pouvez stocker plus d'énergie dans un volume donné. À la fin de la journée, les gens veulent que les batteries stockent beaucoup d'énergie."
