Les chercheurs ont identifié un nouveau mécanisme de dégradation potentiel pour les batteries de véhicules électriques, une étape clé pour concevoir des méthodes efficaces pour améliorer la durée de vie des batteries.
Les chercheurs, des universités de Cambridge et de Liverpool, et la Source de Lumière Diamant, ont identifié l'une des raisons pour lesquelles les matériaux de batterie "riches en nickel" de pointe se fatiguent, et ne peut plus être complètement chargé après une utilisation prolongée.
leurs résultats, rapporté dans le journal Matériaux naturels , ouvrir la porte au développement de nouvelles stratégies pour améliorer la durée de vie des batteries.
Dans le cadre de la lutte contre le changement climatique, de nombreux pays ont annoncé des plans ambitieux pour remplacer les véhicules à essence ou diesel par des véhicules électriques (VE) d'ici 2050 ou avant.
Les batteries lithium-ion utilisées par les véhicules électriques devraient dominer le marché des véhicules électriques dans un avenir prévisible, et les oxydes de métaux de transition au lithium riches en nickel sont le choix de pointe pour l'électrode positive, ou cathode, dans ces batteries.
Actuellement, la plupart des batteries de véhicules électriques contiennent des quantités importantes de cobalt dans leurs matériaux de cathode. Cependant, le cobalt peut causer de graves dommages à l'environnement, les chercheurs ont donc cherché à le remplacer par du nickel, qui offre également des capacités pratiques plus élevées que le cobalt. Cependant, les matériaux riches en nickel se dégradent beaucoup plus rapidement que la technologie existante et nécessitent une étude supplémentaire pour être commercialement viables pour des applications telles que les véhicules électriques.
"Contrairement aux consommables électroniques qui ont généralement une durée de vie de quelques années seulement, les véhicules sont censés durer beaucoup plus longtemps et il est donc essentiel d'augmenter la durée de vie d'une batterie de VE, " a déclaré le Dr Chao Xu du département de chimie de Cambridge, et le premier auteur de l'article. « C'est pourquoi un document complet, une compréhension approfondie de leur fonctionnement et des raisons pour lesquelles ils échouent sur une longue période est cruciale pour améliorer leurs performances."
Pour suivre l'évolution des matériaux de la batterie en temps réel sur plusieurs mois de test de la batterie, les chercheurs ont utilisé la technologie laser pour concevoir une nouvelle pile bouton, également connu sous le nom de pile bouton. "Cette conception offre une nouvelle possibilité d'étudier les mécanismes de dégradation sur une longue période de cyclage pour de nombreuses chimies de batteries, " a déclaré Xu. Au cours de l'étude, les chercheurs ont découvert qu'une partie du matériau de la cathode se fatigue après des charges et des décharges répétitives de la cellule, et la quantité de matériau fatigué augmente au fur et à mesure que le cycle se poursuit.
Xu et ses collègues ont plongé profondément dans la structure du matériau à l'échelle atomique pour chercher des réponses aux raisons pour lesquelles un tel processus de fatigue se produit. « Pour fonctionner pleinement, les matériaux de la batterie doivent se dilater et rétrécir à mesure que les ions lithium entrent et sortent, " dit Xu. " Cependant, après une utilisation prolongée, nous avons découvert que les atomes à la surface du matériau s'étaient réarrangés pour former de nouvelles structures qui ne sont plus capables de stocker de l'énergie."
Le pire, c'est que ces zones de surface reconstruite agissent apparemment comme des piquets qui fixent le reste du matériau en place et l'empêchent de la contraction nécessaire pour atteindre l'état de pleine charge. Par conséquent, le lithium reste coincé dans le réseau et ce matériau fatigué peut contenir moins de charge.
Avec cette connaissance, les chercheurs cherchent maintenant des contre-mesures efficaces, tels que les revêtements protecteurs et les additifs électrolytiques fonctionnels, pour atténuer ce processus de dégradation et prolonger la durée de vie de ces batteries.
