Les batteries au lithium sont utilisées pour alimenter la plupart des véhicules électriques existants, pourtant, le temps pendant lequel ils peuvent garder un véhicule en marche avant de devoir être rechargé est encore quelque peu limité. À l'avenir, les matériaux cathodiques en oxyde à haute teneur en nickel pourraient aider à augmenter l'autonomie des véhicules électriques, permettant le développement de batteries lithium-ion moins chères et plus performantes.

À l'heure actuelle, la plupart des batteries lithium-ion disponibles dans le commerce utilisent une quantité importante de cobalt dans l'une de leurs électrodes. Pourtant, le cobalt est cher et pas particulièrement abondant dans la nature, ce qui augmente considérablement les coûts de fabrication des batteries à base de lithium.

Les scientifiques du monde entier ont récemment essayé d'identifier de nouvelles stratégies de conception qui pourraient faciliter l'utilisation généralisée de ces batteries, car cela pourrait à son tour réduire les prix des véhicules électriques et augmenter la probabilité de leur adoption à grande échelle. Ceci peut finalement être réalisé en identifiant des matériaux plus abondants qui pourraient être utilisés dans les batteries à base de lithium, proposer de nouvelles compositions, concevoir de nouveaux procédés de production et introduire des conceptions structurelles alternatives.

Dans un article publié en Énergie naturelle , Des chercheurs de l'Université du Texas à Austin ont décrit plusieurs considérations de conception pour les cathodes d'oxyde en couches à haute teneur en nickel qui pourraient être mises en œuvre dans les batteries au lithium au cours de la prochaine décennie. Leur étude résume certains des défis qui sont généralement rencontrés lorsqu'on essaie de maximiser la production d'énergie des cathodes d'oxyde en couches à haute teneur en nickel, tout en comparant également certaines conceptions émergentes pour la création de batteries à base de lithium avec une chimie sans cobalt.

« Alors que nous progressons dans l'électrification du secteur des transports, la disponibilité et l'abordabilité du cobalt pourraient devenir un obstacle à la commercialisation à grande échelle des batteries lithium-ion, " Arumugam Manthiram, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, a déclaré TechXplore. "L'objectif clé de notre étude était donc de réduire ou d'éliminer le cobalt et d'augmenter le nickel dans l'électrode d'une batterie lithium-ion."

Le principal avantage de l'utilisation du nickel au lieu du cobalt dans les électrodes est qu'il est moins cher et plus facile à trouver. De plus, les électrodes à haute teneur en nickel atteignent une capacité de stockage de charge plus élevée, densité d'énergie, et des temps de fonctionnement plus longs entre les charges que les cathodes avec des quantités élevées de cobalt.

Malheureusement, cependant, les cathodes d'oxyde en couches contenant de grandes quantités de nickel peuvent être très difficiles à synthétiser tout en conservant de bonnes performances. Dans leur étude, Manthiram et ses collègues ont proposé une série de stratégies qui pourraient optimiser ces processus de synthèse actuels.

« Nos réalisations les plus significatives sont que nous avons pu synthétiser des matériaux d'électrode à haute teneur en nickel et à faible teneur en cobalt avec de bonnes performances dans les batteries lithium-ion, " dit Manthiram. " Cependant, les matériaux d'électrode à haute teneur en nickel sont susceptibles de se dégrader lorsqu'ils sont exposés à l'air. Maintenant, nous nous concentrons sur leur stabilisation pour obtenir une meilleure stabilité dans l'air."

L'étude menée par Manthiram et ses collègues décrit un certain nombre de considérations de conception intéressantes qui pourraient bientôt permettre le développement de batteries au lithium moins chères et plus performantes utilisant des cathodes d'oxyde en couches à haute teneur en nickel. Les chercheurs ont également mené une évaluation générale des techniques de stabilisation qui pourraient potentiellement faciliter l'utilisation généralisée des batteries lithium-ion, aider les pays du monde entier à atteindre leurs objectifs d'électrification des véhicules.

« Nous nous concentrons maintenant sur l'optimisation des compositions et des stabilisations des matériaux d'électrodes que nous avons développés, ainsi que sur leur mise à l'échelle, " dit Manthiram.

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