La recherche menée par les ingénieurs de l’Université de Columbia pourrait marquer un tournant dans la conception des batteries au lithium, promettant des véhicules électriques (VE) plus performants et économiques.
Cette avancée pourrait augmenter l’autonomie des batteries des VE, atteignant entre 400 et plus de 600 kilomètres par charge.
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L’innovation des anodes en lithium
Les anodes en lithium métal, contrairement aux anodes en graphite utilisées dans les téléphones portables et les véhicules électriques, pourraient transformer le marché des transports électrifiés. Cette innovation rendrait les VE non seulement plus abordables mais aussi plus polyvalents, bénéficiant à une gamme étendue de véhicules, y compris les semi-remorques et les petits aéronefs. Les experts prévoient une baisse significative des coûts des batteries pour VE, qui pourraient ainsi offrir une plus grande autonomie, permettant de franchir le cap symbolique de 400 kilomètres à plus de 600 kilomètres.
Percée dans la compréhension de la chimie SEI
La couche de passivation, essentielle pour la performance des batteries, joue un rôle crucial dans le mouvement des ions lithium lors de la charge et de la décharge. Cette couche peut devenir le siège de filaments métalliques qui dégradent la performance des batteries. La chimie de cette couche de passivation, souvent appelée interface électrolyte solide (SEI), affecte directement l’efficacité des batteries. Grâce aux spectres de résonance magnétique nucléaire (NMR), les chercheurs peuvent maintenant étudier la vitesse de mouvement des ions lithium à cette interface, une avancée considérable par rapport aux méthodes traditionnelles.
L’apport de la NMR
La spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (NMR) permet d’investiguer directement les composés chimiques sur la surface de l’anode en lithium métal. Contrairement à d’autres méthodes comme la microscopie électronique, qui offre des images détaillées mais ne peut pas analyser la composition chimique, la NMR fournit des informations précieuses sur le transport des ions et la structure chimique des espèces désordonnées.
Amélioration de la performance des batteries
La combinaison de plusieurs techniques, incluant la NMR, d’autres spectroscopies, la microscopie, les simulations informatiques et les méthodes électrochimiques, est essentielle pour avancer dans le développement des batteries au lithium métal. Les recherches montrent que l’exposition du lithium métal à divers électrolytes modifie la composition de la SEI, ce qui affecte directement la performance des batteries. La compréhension de ces mécanismes permettrait d’optimiser la conception des couches de passivation pour maximiser la performance.
Vers une commercialisation réussie
L’équipe de recherche est optimiste quant à l’utilisation de ces découvertes pour la conception de batteries au lithium métal qui répondent aux critères de performance nécessaires pour une commercialisation. Selon eux, l’empilement ordonné de composés chimiques dans la SEI est préférable à une dispersion aléatoire pour atteindre une performance optimale.
L’impact futur sur les transports électriques
Cette recherche pourrait révolutionner le domaine des transports électriques en rendant les batteries plus efficaces, plus sûres et plus économiques. Les implications de ces découvertes pourraient se traduire par une adoption plus large des véhicules électriques, contribuant à une mobilité plus durable.
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Cet article explore les dernières avancées dans la conception des batteries au lithium métal qui pourraient significativement améliorer l’autonomie et réduire les coûts des véhicules électriques. Les chercheurs de l’Université de Columbia ont développé des techniques novatrices pour mieux comprendre et optimiser la chimie des interfaces critiques dans ces batteries, promettant des transports électriques plus accessibles et performants à l’avenir.
Source : Eurekalert
