Des scientifiques de l’Institut des sciences et technologies de Gwangju développent une méthode universelle pour améliorer la durée de vie des batteries lithium-ion

Selon les scientifiques, les batteries modifiées à l’aide d’une nouvelle méthode peuvent mieux stocker la charge et durer plus longtemps

GWANGJU, Corée du Sud, 12 août 2022 /PRNewswire/ — L’avènement des véhicules électriques a donné lieu à la demande de batteries lithium-ion à haute densité d’énergie. Cela a conduit au développement d’anodes à grande capacité de stockage de charge. Malheureusement, cette capacité de stockage a tendance à se dégrader sur plusieurs cycles de charge/décharge, réduisant la durée de vie de la batterie.

La courte durée de vie de la batterie résulte d’un changement de volume irréversible de l’anode pendant le cyclage, ce qui provoque une dégradation des contacts électriques et un effondrement structurel. Pendant la charge, les ions lithium se déplacent de la cathode et se combinent avec les nanoparticules de l’anode. Lors de la décharge, les ions lithium reviennent vers la cathode. Au fil du temps, les nanoparticules de l’anode se fissurent et se regroupent à l’interface électrode-électrolyte. Cela provoque une déconnexion électrique, réduisant la quantité de charge que l’anode peut stocker ou transporter.

Dans une récente étude publiée en ligne sur 21 mars 2022 dans le Journal de chimie des matériaux Ades chercheurs de l’Institut des sciences et technologies de Gwangju (GIST) en Corée ont mis au point une nouvelle méthode pour modifier les anodes conventionnelles afin d’améliorer les performances de cyclage de la batterie. « En tant que l’un des groupes de recherche engagés dans ce domaine, nous voulions développer un processus d’électrode qui serait capable d’augmenter la densité d’énergie en ligne avec la croissance rapide de l’industrie des batteries », dit le professeur Hyeong Jin Kiml’un des auteurs correspondants de l’étude.

La méthode développée par les chercheurs renforce l’anode et la rend plus résistante aux changements de volume en encapsulant les nanoparticules dans une structure élastique en forme de toile.

Pour démontrer leur approche, les chercheurs ont utilisé une anode conventionnelle contenant des nanoparticules de silicium maintenues ensemble par un liant polymère (fluorure de polyvinylidène). Pour s’adapter à la structure en forme de bande, ils ont retiré le liant en chauffant l’anode à l’aide d’un processus de recuit. L’espace entre les nanoparticules a ensuite été comblé avec une solution réduite d’oxyde de graphène (rGO), qui a séché pour former une toile qui maintenait les nanoparticules de silicium ensemble et les empêchait de se fissurer. De plus, la toile a fourni une voie conductrice pour les électrons, permettant aux nanoparticules de se lier au lithium.

Les chercheurs ont utilisé une technique appelée « spin coating » pour enduire la surface de l’anode de rGO. Le revêtement rGO a servi de couche de germination pour le dépôt d’une couche protectrice constituée d’oxyde de zinc auquel ont été ajoutés des oxydes métalliques de magnésium et de gallium (MGZO). Cette couche MGZO a fourni une stabilité structurelle à l’anode.

Lors des tests, l’anode modifiée pourrait conserver la majeure partie de sa charge même après plusieurs cycles de charge/décharge. « La structure a conservé une capacité de stockage élevée de 1566 mA hg^-1 après 500 cycles et a montré une efficacité coulombique de 91%, ce qui est lié à la durée de vie de la batterie. Cela pourrait ouvrir la voie à des véhicules électriques qui nous permettent de parcourir de longues distances avec une charge unique,» souligne le Pr Kim.

Alors que les chercheurs ont utilisé une anode en silicium, la méthode développée est applicable à d’autres matériaux d’anode, tels que Sn, Sb, Al et Mg. De plus, les anodes peuvent être modifiées quelle que soit la manière dont elles ont été fabriquées, ce qui en fait une méthode universellement applicable pour améliorer la durée de vie de la batterie.

Référence

Titre de l’article original : Ingénierie post-électrode viable pour l’intégrité complète des anodes de batterie lithium-ion à changement de volume important

Journal: Journal de chimie des matériaux A

EST CE QUE JE: https://doi.org/10.1039/d2ta01023b

* Courriels des auteurs correspondants :
Hyeong Jin Kim: [email protected]
Jung-Je Woo: [email protected]

À propos de l’Institut des sciences et technologies de Gwangju (GIST)

Site Web : http://www.gist.ac.kr/

Contact:

Seul Hye Kim
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[email protected]

SOURCE Institut des sciences et technologies de Gwangju