Qu'est-ce qui cause l'évanouissement de la tension dans les matériaux cathodiques NMC riches en lithium ?
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Des chercheurs dirigés par une équipe de l'Université de Californie à San Diego ont publié des travaux dans la revue Énergie naturelle cela explique la cause de la « décoloration de la tension » réduisant les performances qui affecte actuellement une classe prometteuse de matériaux cathodiques appelés oxydes stratifiés NMC (nickel magnésium cobalt) riches en lithium.
Ces matériaux cathodiques ont suscité une attention considérable au fil des ans en tant que composants prometteurs pour de meilleures batteries rechargeables pour véhicules électriques.
Après qu'une batterie passe par une série de cycles de charge-décharge, sa tension s'estompe et la quantité d'énergie qu'il peut contenir, et libérer plus tard pour une utilisation, s'estompe également. La nouvelle recherche explique pourquoi cela se produit dans les matériaux cathodiques NMC riches en lithium. En particulier, les chercheurs ont identifié des défauts ou des dislocations à l'échelle nanométrique dans les matériaux cathodiques NMC riches en lithium lorsque les batteries se chargeaient à une plage de tensions allant jusqu'à 4,7 volts.
"Les dislocations sont des couches atomiques supplémentaires qui ne rentrent pas dans la structure cristalline par ailleurs parfaitement périodique, " a déclaré Andrej Singer, l'auteur principal qui a effectué ce travail en tant que chercheur postdoctoral à l'UC San Diego. « Découvrir ces luxations a été une grande surprise :si quoi que ce soit, nous nous attendions à ce que les couches atomiques supplémentaires se produisent dans une orientation complètement différente, " dit le chanteur, qui est maintenant membre du corps professoral de l'Université Cornell. En combinant les preuves expérimentales avec la théorie, l'équipe de recherche a conclu que la nucléation de ce type spécifique de luxation entraîne un évanouissement de la tension.
Connaissant l'origine de l'évanouissement de la tension, l'équipe a montré que le traitement thermique des matériaux cathodiques éliminait la plupart des défauts et rétablissait la tension d'origine. Ils ont mis les cathodes traitées thermiquement dans de nouvelles batteries et les ont testées dans une gamme de tensions allant jusqu'à 4,7 volts, démontrant que l'évanouissement de la tension avait été inversé.
Bien que l'approche de traitement thermique pour inverser les défauts demande beaucoup de travail et ne soit pas susceptible d'évoluer, l'approche basée sur la physique et la science des matériaux pour caractériser puis traiter les défauts à l'échelle nanométrique est prometteuse pour trouver de nouvelles solutions au problème de l'évanouissement de tension.
"Notre article vise principalement à percer le mystère des dislocations qui provoquent l'évanouissement de la tension dans les NMC riches en lithium. Nous n'avons pas encore de solution évolutive pour résoudre le problème de l'évanouissement de la tension dans les NMC riches en lithium, mais nous progressons, " a déclaré Shirley Meng, professeur de nano-ingénierie à l'UC San Diego. Elle et le professeur de physique de l'UC San Diego Oleg Shpyrko sont les auteurs principaux du nouveau Énergie naturelle papier.
