Une équipe de chercheurs de l'Université Shinshu de Nagano, Le Japon est maintenant plus proche d'un mince, batterie lithium-ion haute capacité qui pourrait ouvrir la porte à de meilleurs systèmes de stockage d'énergie pour les véhicules électriques. L'équipe de recherche était dirigée par le professeur Katsuya Teshima, directeur du Centre des sciences de l'énergie et de l'environnement (CEES) à l'Université de Shinshu au Japon. Ils ont publié leurs idées en ligne en août dans Rapports scientifiques .

« Les batteries lithium-ion sont des systèmes de stockage d'énergie très prometteurs pour les véhicules électriques qui nécessitent des densités d'énergie relativement élevées, " a déclaré l'auteur Nobuyuki Zettsu, professeur au CEES et au Département de chimie des matériaux de l'Université de Shinshu. "Toutefois, leurs tensions de fonctionnement élevées entraînent généralement la décomposition oxydative de la surface de l'électrode, ce qui favorise par la suite diverses réactions secondaires."

Les batteries lithium-ion stockent beaucoup d'énergie, mais la force qu'il faut pour que la batterie disperse l'énergie est trop - tellement, En réalité, que les dommages qui en résultent font perdre à la batterie sa capacité de stockage.

Pour lutter contre ce problème, Zettsu et ses collègues ont examiné les propriétés électriques et électrochimiques de la haute tension (> 4,8 V, vs cathode Li+/Li), où les électrons pénètrent dans la cellule de la batterie.

"De nombreux chercheurs ont tenté d'atténuer l'affaiblissement de capacité observé en réduisant la zone de contact direct, " Zettsu a dit, pointant vers des projets de recherche où les scientifiques ont recouvert la surface de la cathode avec différents matériaux dans le but de réduire l'érosion. « Diverses études fondamentales ont été menées pour étudier les effets de la modification du revêtement de surface ; cependant, aucun d'entre eux n'a conduit à une amélioration considérable des performances des cellules de batterie à cathode haute tension."

Zettsu a peut-être inversé la tendance des modificateurs de surface grâce à l'utilisation d'une monocouche auto-assemblée. Son équipe a appliqué un revêtement ultra-mince de fluoroalkylisilane à la surface des cathodes. Fluoroalkylisilane, un type de silicone, s'organise dans l'arrangement le plus efficace pour conduire les ions lithium et isoler les électrons tout en ne conservant qu'un atome d'épaisseur.

"Nous avons découvert... que le revêtement de la surface du matériau actif avec une monocouche auto-assemblée... favorisait un transport efficace au sein des électrodes, tout en supprimant également les réactions secondaires se produisant à l'interface électrode et électrolyte, " a déclaré Zettsu. " Ce revêtement a permis d'améliorer à la fois la densité de puissance et la cyclabilité des batteries lithium-ion haute tension. "

Les chercheurs ont constaté que le contact direct entre la cathode et l'électrolyte entrant dans la batterie était minimisé, et que la capacité de la batterie ne s'est pas dégradée même après avoir été cyclée cent fois.

"Les revêtements monocouches auto-assemblés déposés ont réduit la barrière d'activation pour le transfert d'ions lithium et stabilisé les ions près de la surface, qui affecte positivement les réactions électrochimiques se produisant à l'interface entre l'électrode et l'électrolyte, " a déclaré Zettsu. " Les revêtements de stabilisation de surface représentent une technologie révolutionnaire pour le développement de matériaux cathodiques haute tension sans la limitation du dilemme électrochimique de l'efficacité par rapport à la stabilisation. "

Cependant, Zettsu a dit, les effets complets produits par le revêtement de surface sur le système de batterie complet doivent être examinés plus en détail pour mieux comprendre les effets secondaires négatifs potentiels.

"Nos résultats peuvent fournir de nouvelles orientations pour la conception de batteries lithium-ion basées sur des systèmes haute tension avec des performances électrochimiques supérieures, " dit Zettsu.

Zettsu prévoit d'introduire cette technologie de traitement de surface sur le marché d'ici 2022 en coopération avec les fabricants d'automobiles et de cellules, dans le but de créer des batteries à haute énergie et respectueuses de l'environnement.

"En raison des réglementations environnementales mondiales, la poussée vers les automobiles électriques et hybrides se poursuit à un rythme soutenu. Le niveau de performance requis pour les batteries lithium-ion est très élevé, " dit Zettsu. " Actuellement, nous travaillons à la fabrication de véritables cellules de batterie pour les véhicules hybrides rechargeables et les véhicules électriques à batterie en utilisant le processus de revêtement et des expériences en modes de conduite automatique. »