L'imagerie par résonance magnétique (IRM) peut fournir un moyen efficace de soutenir le développement de la prochaine génération de batteries rechargeables hautes performances, selon les recherches menées par l'Université de Birmingham.

La technique, qui a été développé pour détecter le mouvement et le dépôt d'ions sodium métal dans une batterie au sodium, permettra une évaluation plus rapide des nouveaux matériaux de batterie, et contribuer à accélérer la mise sur le marché de ce type de batterie.

Les batteries au sodium sont largement reconnues comme un candidat prometteur pour remplacer les batteries lithium-ion, actuellement largement utilisé dans des appareils tels que l'électronique portable et les véhicules électriques. Plusieurs des matériaux requis pour produire des batteries lithium-ion sont des éléments critiques ou stratégiques et, donc, les chercheurs travaillent au développement de technologies alternatives et plus durables.

Bien que le sodium semble avoir plusieurs des propriétés requises pour produire une batterie efficace, il y a des défis dans l'optimisation de la performance. La clé parmi celles-ci est de comprendre comment le sodium se comporte à l'intérieur de la batterie pendant son cycle de charge et de décharge, permettant d'identifier les points de défaillance et les mécanismes de dégradation.

Une équipe, dirigé par le Dr Melanie Britton à l'École de chimie de l'Université de Birmingham, a développé une technique, avec des chercheurs de l'Université de Nottingham, qui utilise l'IRM pour surveiller les performances du sodium en fonctionnement.

L'équipe de recherche comprenait également des scientifiques du groupe des matériaux énergétiques de l'École de métallurgie et des matériaux de l'Université de Birmingham, et de l'Imperial College de Londres. Leurs résultats sont publiés dans Communication Nature .

Cette technique d'imagerie permettra aux scientifiques de comprendre comment le sodium se comporte lorsqu'il interagit avec différents matériaux d'anode et de cathode. Ils seront également en mesure de surveiller la croissance des dendrites, des structures en forme de branches qui peuvent se développer à l'intérieur de la batterie au fil du temps et provoquer sa défaillance, ou même prendre feu.

"Parce que la batterie est une cellule scellée, quand ça ne va pas, il peut être difficile de voir quelle est la faute, " explique le Dr Britton. " Le démontage de la batterie introduit des changements internes qui rendent difficile de voir quel était le défaut d'origine ou où il s'est produit. Mais en utilisant la technique d'IRM que nous avons développée, nous pouvons réellement voir ce qui se passe à l'intérieur de la batterie pendant qu'elle est opérationnelle, nous donnant des informations sans précédent sur le comportement du sodium. »

Cette technique nous donne des informations sur l'évolution des composants de la batterie pendant le fonctionnement d'une batterie sodium-ion, qui ne nous sont actuellement pas accessibles par d'autres techniques. Cela nous permettra d'identifier les méthodes de détection des mécanismes de défaillance au fur et à mesure de leur apparition, nous donnant un aperçu de la façon de fabriquer des batteries à durée de vie plus longue et plus performantes.

Les techniques utilisées par l'équipe ont d'abord été conçues en collaboration avec des chercheurs du Sir Peter Mansfield Imaging Center de l'Université de Nottingham, financé par le Birmingham-Nottingham Strategic Collaboration Fund. Ce projet visait à développer l'IRM des isotopes du sodium comme technique d'imagerie médicale et l'équipe a pu adapter ces protocoles pour une utilisation en imagerie sur batterie. Le développement de nouveaux matériaux et la caractérisation analytique est un objectif principal du Birmingham Center for Energy Storage et du Birmingham Center for Critical Elements and Strategic Materials au sein du Birmingham Energy Institute.