Les batteries au lithium sont très prometteuses pour l'avenir de nombreuses applications, y compris les véhicules électriques, mais ont tendance à être d'un coût prohibitif, selon une équipe de chercheurs basée au Japon. Cette équipe, dirigé par Naoaki Yabuuchi, professeur à l'Université nationale de Yokohama, a développé un nouveau matériau d'électrode pour rendre les batteries au lithium non seulement moins chères, mais plus durable avec une densité d'énergie plus élevée.

Les résultats ont été mis en ligne, avant la publication imprimée, le 25 mars à Matériaux aujourd'hui .

Selon Yabuuchi, de nombreux chercheurs ont amélioré avec succès la capacité de la batterie à maintenir une charge, mais n'ont pas encore amélioré la quantité de charge que la batterie peut disperser de manière utile, par exemple en alimentant un véhicule électrique pour une durée de croisière plus longue.

« Des matériaux d'électrode à densité énergétique plus élevée sont nécessaires pour faire progresser les batteries lithium-ion et développer davantage les véhicules électriques, " Yabuuchi a déclaré. "Notre article démontre un nouveau matériau d'électrode à cet effet."

Les matériaux d'électrode dans les batteries aident à récupérer l'énergie stockée et à la décharger pour alimenter quelle que soit la batterie. Le matériau constituant l'électrode repose sur l'échange d'électrons et d'ions lithium et modifie considérablement l'efficacité avec laquelle la batterie fonctionne. Dans les études précédentes, les chercheurs ont découvert que les ions lithium mélangés au manganèse, les ions titane et oxygène ont fourni une excellente entrée-sortie pour les électrons et les ions lithium, mais la vitesse d'échange est trop lente pour être utilisée dans des applications de batterie pratiques.

Yabuuchi et son équipe ont examiné la combinaison chimique et ont décidé de l'associer à un mélange similaire de lithium, oxygène, ions manganèse et titane, mais il peut également être broyé à une taille de particule souhaitée. Plus petite, les particules de taille nanométrique peuvent voyager plus rapidement et plus facilement à travers l'électrode, même à température ambiante.

L'électrode de taille nanométrique comprenant des ions manganèse et titane permet un échange plus robuste d'électrons et d'ions lithium, avec la batterie capable de contenir et de disperser plus de charge qu'auparavant tout en maintenant une durée d'utilisation plus longue.

"Le titane et le manganèse sont des éléments abondants, ce qui signifie que nous pouvons rendre rentable, sans ions nickel et cobalt utilisés pour les véhicules électriques actuels, et des matériaux d'électrode haute performance avec eux, " Yabuuchi a déclaré. " Cette découverte contribue à la réduction du coût des batteries et à une augmentation de la réalité pratique d'applications telles que les véhicules électriques et plus encore. "

L'équipe continue d'étudier comment améliorer encore la réversibilité des électrodes grâce à des compositions chimiques et à l'optimisation de la taille des particules.

"Maintenant, nous collaborons avec des partenaires de l'industrie pour utiliser nos matériaux d'électrode pour des applications pratiques, " a déclaré Yabuuchi. "Notre étude conduit potentiellement à une moindre dépendance aux combustibles fossiles et au développement d'une nouvelle société énergétique sur la base des énergies renouvelables à l'avenir, sur la base de l'éternel, batteries à haute énergie."