Alors que les véhicules électriques gagnent en popularité, les projecteurs brillent davantage sur certains de leurs problèmes majeurs restants. Des chercheurs de l'Université du Texas à Austin s'attaquent à deux des plus grands défis auxquels sont confrontés les véhicules électriques :l'autonomie limitée et la recharge lente.

Les chercheurs ont fabriqué un nouveau type d'électrode pour les batteries lithium-ion qui pourrait libérer une plus grande puissance et une charge plus rapide. Pour ce faire, ils ont créé des électrodes plus épaisses (les parties chargées positivement et négativement de la batterie qui alimentent un appareil) en utilisant des aimants pour créer un alignement unique qui évite les problèmes courants associés au dimensionnement de ces composants critiques.

Le résultat est une électrode qui pourrait potentiellement faciliter deux fois la portée sur une seule charge pour un véhicule électrique, par rapport à une batterie utilisant une électrode commerciale existante.

"Les matériaux bidimensionnels sont généralement considérés comme un candidat prometteur pour les applications de stockage d'énergie à haut débit, car ils n'ont besoin que de plusieurs nanomètres d'épaisseur pour un transport de charge rapide", a déclaré Guihua Yu, professeur au département Walker de génie mécanique de l'UT Austin et au Texas. Institut des matériaux. "Cependant, pour les batteries à haute énergie de nouvelle génération basées sur la conception d'électrodes épaisses, le réempilement des nanofeuilles en tant que blocs de construction peut provoquer des goulots d'étranglement importants dans le transport de charge, ce qui rend difficile l'obtention à la fois d'une haute énergie et d'une charge rapide."

La clé de la découverte, publiée dans les Actes de l'Académie nationale des sciences , utilise des matériaux bidimensionnels minces comme blocs de construction de l'électrode, en les empilant pour créer de l'épaisseur, puis en utilisant un champ magnétique pour manipuler leurs orientations. L'équipe de recherche a utilisé des aimants disponibles dans le commerce pendant le processus de fabrication pour disposer les matériaux bidimensionnels dans un alignement vertical, créant ainsi une voie rapide permettant aux ions de se déplacer à travers l'électrode.

En règle générale, des électrodes plus épaisses obligent les ions à parcourir de plus longues distances pour se déplacer dans la batterie, ce qui ralentit le temps de charge. L'alignement horizontal typique des couches de matériau qui composent l'électrode force les ions à se déplacer d'avant en arrière.

« Notre électrode présente des performances électrochimiques supérieures en partie en raison de la résistance mécanique élevée, de la conductivité électrique élevée et du transport lithium-ion facilité grâce à l'architecture unique que nous avons conçue », a déclaré Zhengyu Ju, un étudiant diplômé du groupe de recherche de Yu qui dirige ce projet. .

En plus de comparer leur électrode avec une électrode commerciale, ils ont également fabriqué une électrode disposée horizontalement en utilisant les mêmes matériaux à des fins de contrôle expérimental. Ils ont pu recharger l'électrode épaisse verticale à 50 % d'énergie en 30 minutes, contre 2 heures et 30 minutes avec l'électrode horizontale.

Les chercheurs ont souligné qu'ils étaient au début de leurs travaux dans ce domaine. Ils n'ont examiné qu'un seul type d'électrode de batterie dans cette recherche.

Leur objectif est de généraliser leur méthodologie de couches d'électrodes organisées verticalement pour l'appliquer à différents types d'électrodes utilisant d'autres matériaux. Cela pourrait aider la technique à être plus largement adoptée dans l'industrie, de sorte qu'elle pourrait permettre de futures batteries à charge rapide mais à haute énergie qui alimentent les véhicules électriques. + Explorer plus loin

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