La recherche améliore la durée de vie des batteries de véhicules électriques avec des cathodes à base de nickel

Les scientifiques ont identifié une raison clé de la dégradation des batteries de véhicules électriques (VE) riches en nickel, une découverte qui ouvre la voie à la construction de dispositifs de stockage d’énergie plus durables à l’avenir.

Des chercheurs des universités de Cambridge et de Liverpool ont concentré leurs travaux sur l’examen des raisons pour lesquelles les cathodes riches en nickel se dégradent beaucoup plus rapidement que celles fabriquées avec du cobalt.

Ce dernier se trouve généralement dans les batteries lithium-ion utilisées dans tout, des smartphones aux véhicules électriques. Cependant, les scientifiques cherchent à remplacer le cobalt par du nickel, car le premier cause des dommages à l’environnement et le nickel est une alternative plus écologique..

Pour ce faire, cependant, les scientifiques doivent d’abord résoudre le problème de dégradation, qui est essentiel pour permettre aux batteries de véhicules électriques fabriquées avec des cathodes riches en nickel de durer aussi longtemps qu’elles en ont besoin pour assurer leur viabilité commerciale, a déclaré Chao Xu, professeur au département de chimie de Cambridge. travaillé sur la recherche.

« Contrairement aux consommables électroniques, qui ont généralement une durée de vie de quelques années seulement, les véhicules devraient durer beaucoup plus longtemps et il est donc essentiel d’augmenter la durée de vie d’une batterie de VE », a-t-il déclaré dans un communiqué de presse. « C’est pourquoi une compréhension complète et approfondie de leur fonctionnement et des raisons pour lesquelles ils échouent sur une longue période est cruciale pour améliorer leurs performances. »

Xu et son équipe a conçu une nouvelle pile bouton, également appelée pile bouton, pour tester les batteries avec des cathodes riches en nickel afin de déterminer pourquoi la dégradation se produit. La méthode de recherche a donné à son équipe une bonne plate-forme pour résoudre le problème qu’ils se proposaient de résoudre.

« Cette conception offre une nouvelle possibilité d’étudier les mécanismes de dégradation sur une longue période de cycle pour de nombreuses chimies de batterie », a déclaré Xu dans un communiqué de presse.

Résoudre le mystère

Ce que les chercheurs ont découvert, c’est que la charge et la décharge répétitives de la cellule provoquaient une fatigue du matériau en nickel, et la quantité de ce matériau dégradé augmentait au fur et à mesure que le cycle se poursuivait, a-t-il déclaré. Cette observation est intervenue après que l’équipe a plongé profondément dans le matériau à un niveau atomique pour savoir exactement ce qui se passait.

« Pour fonctionner pleinement, les matériaux de la batterie doivent se dilater et se rétrécir au fur et à mesure que les ions lithium entrent et sortent », a déclaré Xu dans un communiqué de presse. « Cependant, après une utilisation prolongée, nous avons constaté que les atomes à la surface du matériau s’étaient réarrangés pour former de nouvelles structures qui ne sont plus capables de stocker de l’énergie. »

Dans un scénario encore plus complexe, ces zones de surfaces reconstruites agissent de manière à maintenir le reste du matériau en place pour l’empêcher de se contracter nécessaire pour que la batterie atteigne un état complètement chargé, a-t-il déclaré. Il en résulte que le lithium reste coincé dans le réseau et que le matériau fatigué perd sa capacité à maintenir une charge.

La bonne nouvelle est que maintenant que les chercheurs ont une meilleure idée de la raison pour laquelle les cathodes riches en nickel des batteries de véhicules électriques se dégradent si rapidement, ils peuvent prendre des mesures pour essayer de résoudre le problème.

L’équipe cherche maintenant des contre-mesures efficaces à cette dégradation, telles que des revêtements protecteurs et des additifs électrolytiques fonctionnels, pour aider à atténuer le processus. Cela prolongera à son tour la durée de vie de ces batteries.

Les chercheurs ont publié un article sur les résultats de leurs découvertes dans la revue Matériaux naturels. Leurs travaux peuvent aider à développer de nouvelles stratégies pour améliorer la durée de vie des batteries non seulement pour les véhicules électriques, mais pour d’autres conceptions de batteries à base de lithium à l’avenir.