Une nouvelle règle quantitative pour concevoir de meilleures batteries
La découverte d'un facteur clé permet la conception numérique d'électrolytes pour améliorer les performances et la sécurité des batteries
Une équipe de recherche conjointe de l'université d'Osaka et de Daikin Industries, Ltd. a identifié un nouvel indicateur crucial pour la conception de batteries lithium-ion de pointe. Ils ont découvert que le "potentiel chimique lithium-ion de l'électrolyte" - une mesure de l'inconfort d'un lithium-ion dans l'électrolyte d'une batterie - détermine quantitativement si une batterie peut être chargée et déchargée de manière réversible. Cette découverte ouvre la voie au passage d'un développement par essais et erreurs à un processus de conception rationnel, basé sur des données, pour des batteries plus sûres et plus performantes.
Schémas des réactions de l'électrode négative en graphite dans divers électrolytes en fonction du potentiel chimique Li+ de l'électrolyte.
2025, Yasuyuki Kondo et al., Electrolyte Li+ Chemical Potential Correlates with Graphite Negative Electrode Reactions in Lithium-Ion Batteries, Advanced Materials
Les batteries au lithium-ion sont essentielles à la société moderne, car elles alimentent tout, des smartphones aux véhicules électriques. Pour améliorer leurs performances, les chercheurs ont cherché de nouveaux électrolytes (le milieu liquide qui transporte les ions). Toutefois, l'un des principaux problèmes réside dans l'absence de lignes directrices claires permettant de prédire si un nouvel électrolyte fonctionnera bien avec les électrodes négatives en graphite couramment utilisées dans ces batteries. Le développement d'un électrolyte est donc un processus empirique difficile.
L'équipe de recherche a révélé que la clé réside dans le potentiel chimique lithium-ion d'un électrolyte. Pour qu'une batterie se charge correctement, les ions lithium doivent passer de l'électrolyte à l'électrode de graphite. L'équipe a précisé que ce processus ne se produit avec succès que lorsque les ions lithium sont suffisamment "instables" dans l'électrolyte, c'est-à-dire lorsque leur potentiel chimique est élevé. Cette nouvelle mesure fournit une norme numérique claire pour déterminer l'adéquation d'un électrolyte, mettant ainsi fin aux conjectures. Les chercheurs ont également démontré qu'un nouveau solvant à base d'éther fluoré, conçu sur la base de ce concept, permettait d'obtenir d'excellentes performances pour les batteries.
Cette découverte permet une conception rationnelle et très efficace de nouveaux électrolytes. En intégrant le potentiel chimique du lithium-ion dans l'informatique des matériaux, les chercheurs peuvent prédire les performances des nouveaux matériaux, ce qui accélère considérablement le processus de développement. Cela permettra d'accélérer l'amélioration des performances, de la durée de vie et de la sécurité des batteries utilisées dans les infrastructures sociales essentielles, telles que les véhicules électriques, les systèmes de stockage des énergies renouvelables et les systèmes d'alimentation sans interruption pour les centres de données.
"Dans cette étude, nous avons fait plus que découvrir un nouveau matériau", déclare le Dr Yasuyuki Kondo, auteur principal de l'étude. "Nous avons identifié le facteur qui régit réellement les réactions de charge-décharge dans les batteries lithium-ion. Nous espérons que nos résultats accéléreront la recherche et le développement futurs des batteries et qu'ils contribueront à résoudre les problèmes énergétiques et économiques du monde.
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.
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