Le KAIST dévoile la cause de la dégradation des performances des batteries à haute teneur en nickel des véhicules électriques
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Les batteries à haute teneur en nickel, qui sont des batteries lithium-ion à haute énergie principalement utilisées dans les véhicules électriques, offrent une densité énergétique élevée mais souffrent d'une dégradation rapide des performances. Une équipe de recherche du KAIST a, pour la première fois au niveau mondial, identifié la cause fondamentale de la détérioration rapide (dégradation) des batteries à haute teneur en nickel et proposé une nouvelle approche pour y remédier.
Le 3 décembre, le KAIST a annoncé qu'une équipe de recherche dirigée par le professeur Nam-Soon Choi du département d'ingénierie chimique et biomoléculaire, en collaboration avec une équipe de recherche dirigée par le professeur Dong-Hwa Seo du département de science et d'ingénierie des matériaux, a révélé que l'additif d'électrolyte "succinonitrile (CN4)", qui a été utilisé pour améliorer la stabilité et la durée de vie des batteries, est en fait le principal responsable de la dégradation des performances des batteries à haute teneur en nickel.
Dans une batterie, l'électricité est générée par les ions lithium qui se déplacent entre la cathode et l'anode. Une petite quantité de CN4 est incluse dans l'électrolyte pour faciliter le déplacement du lithium. L'équipe de recherche a confirmé par des calculs informatiques que le CN4, qui possède deux structures nitrile (-CN), s'attache excessivement fortement aux ions nickel à la surface de la cathode à forte teneur en nickel.
La structure nitrile est une structure "en crochet", où le carbone et l'azote sont liés par une triple liaison, ce qui lui permet d'adhérer fortement aux ions métalliques. Cette forte liaison détruit la double couche électrique protectrice (EDL) qui devrait se former à la surface de la cathode. Au cours du processus de charge et de décharge, la structure de la cathode est déformée (distorsion de Jahn-Teller), et même les électrons de la cathode sont attirés vers le CN4, ce qui entraîne une détérioration rapide de la cathode.
Les ions nickel qui s'échappent au cours de ce processus migrent à travers l'électrolyte vers la surface de l'anode, où ils s'accumulent. Ce nickel agit comme un "mauvais catalyseur" qui accélère la décomposition de l'électrolyte et gaspille le lithium, ce qui accélère encore la dégradation de la batterie.
Diverses analyses ont confirmé que le CN4 transforme la surface de la cathode à forte teneur en nickel en une couche anormale déficiente en nickel, et change la structure normalement stable en une "structure de sel de roche" anormale.
Cela prouve la double nature du CN4 : s'il est utile dans les piles LCO (oxyde de lithium et de cobalt), il provoque en fait l'effondrement de la structure dans les piles à forte teneur en nickel et à ratio élevé de nickel.
Cette recherche a une signification importante en tant qu'analyse précise qui va au-delà du simple contrôle des conditions de charge/décharge, jusqu'à élucider le transfert d'électrons réel qui se produit entre les ions métalliques et les molécules de l'électrolyte. Sur la base de ces résultats, l'équipe de recherche prévoit de développer un nouvel additif d'électrolyte optimisé pour les cathodes à forte teneur en nickel.
Le professeur Nam-Soon Choi a déclaré : "Une compréhension précise au niveau moléculaire est essentielle pour améliorer la durée de vie et la stabilité des batteries. Cette recherche ouvrira la voie au développement de nouveaux additifs qui ne se lient pas excessivement au nickel, ce qui contribuera de manière significative à la commercialisation de la prochaine génération de batteries à haute capacité".
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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