En route vers la super-batterie
Une source de neutrons de recherche permet de mieux comprendre les batteries de stockage au lithium
Une équipe de recherche dirigée par l'Université technique de Munich (TUM) a examiné en profondeur le fonctionnement interne des batteries pendant leur charge et leur décharge. Leurs conclusions pourraient permettre d'optimiser les processus de charge.
Le Dr Anatoliy Senyshyn monte un échantillon à analyser avec des neutrons au diffractomètre de poudre de structure SPODI au Heinz Maier-Leibnitz Zentrum.
Bernhard Ludewig, FRM II /TUM
Lorsqu'une voiture électrique est en cours de charge, l'indicateur de charge se déplace rapidement au début, puis beaucoup plus lentement à la fin. "C'est comme ranger des objets dans un placard : Au début, c'est facile, mais il devient de plus en plus difficile de trouver l'espace disponible au fur et à mesure que le placard se remplit", explique Anatoliy Senyshyn, de la Source de neutrons de recherche Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) de l'Université technique de Munich.
La structure interne d'une batterie, avant et après le processus de charge, est déjà connue. Dirigée par le Heinz Maier-Leibnitz Zentrum (MLZ) de la TUM, une équipe de recherche a observé pour la première fois la distribution du lithium d'une batterie pendant tout le processus de charge et de décharge à l'aide du diffractomètre STRESS-SPEC. Ils ont ensuite vérifié les mesures à l'aide du diffractomètre de poudre à haute résolution SPODI.
La distribution des ions lithium est cruciale
Les ions lithium se déplacent de la cathode vers l'anode pendant la charge, et dans le sens inverse lors de la décharge. Au cours de leurs recherches, les chercheurs ont constaté que la distribution du lithium change constamment pendant la charge et la décharge. "Lorsque le lithium est réparti de manière inégale, l'échange de lithium entre l'anode et la cathode ne fonctionne pas à 100 % dans les parties de la batterie où il y a trop ou trop peu de lithium. En revanche, une répartition uniforme du lithium augmente les performances", explique M. Senyshyn.
Plus précis, plus petit, meilleur
Les chercheurs ont réussi à capturer la répartition inégale du lithium dans une batterie grâce à des images à haute résolution : Afin d'obtenir la situation dans l'ensemble de la batterie, ils ont examiné un petit volume partiel après l'autre et ont assemblé ces images individuelles pour former une image globale.
Avec l'aide du DESY ("Deutsches Elektronen-Synchrotron") de l'Association Helmholtz et de l'ESRF (European Synchrotron Radiation Facility), il a été possible de sélectionner des volumes partiels de l'ordre du micromètre. Les chercheurs ont ainsi découvert que le lithium est réparti de manière inégale non seulement le long des couches de l'électrode, mais aussi perpendiculairement à celles-ci.
Charge rapide et autonomie
Les effets observés peuvent contribuer au développement à long terme des batteries rechargeables, par exemple pour les voitures électriques, explique M. Senyshyn : "La répartition du lithium peut influencer de nombreuses propriétés des batteries. Une fois que nous les maîtriserons mieux, nous serons en mesure d'améliorer considérablement les performances des batteries à l'avenir."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
D. Petz, M. J. Mühlbauer, V. Baran, A. Schökel, V. Kochetov, M. Hofmann, V. Dyadkin, P. Staron, G. Vaughan, U. Lienert, P. Müller-Buschbaum, A. Senyshyn; Lithium distribution and transfer in high-power 18650-type Li-ion cells at multiple length scales; Energy Storage Materials, Volume 41 (2021), Pages 546-553
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