Un désordre dans la cathode améliore l’autonomie de la batterie
Qu’est-ce qui détermine la durée de vie des piles ? Et, plus important encore, comment pouvons-nous l’étendre ?
Une équipe de recherche internationale dirigée par la TU Delft a découvert que le désordre local dans le matériau d’oxyde de la cathode augmente le nombre de fois que les batteries Li-ion peuvent être chargées et déchargées. Leurs résultats ont été publiés dans la revue Nature.
Électrode instable
Les batteries rechargeables sont un ingrédient clé de la transition énergétique, en particulier maintenant que de plus en plus d’énergies renouvelables sont disponibles. Parmi les nombreux types de piles rechargeables, les piles Li-ion sont parmi les plus puissantes et les plus utilisées. Pour les relier électriquement, des oxydes en couches sont souvent utilisés comme électrodes. Cependant, leur structure atomique devient instable lorsque la batterie est en cours de chargement. Cela affecte en fin de compte la durée du cycle de vie de la batterie.
Désordre local
Pour résoudre ce problème, le groupe « Stockage de l’énergie électrochimique » de la TU Delft s’est associé à des chercheurs internationaux. L’auteur principal de l’article, Qidi Wang : « L’oxyde stratifié utilisé comme matériau de cathode pour les batteries Li-ion est parfaitement ordonné. Nous avons mené une étude de conception de la structure pour introduire un désordre chimique de courte portée dans ce matériau grâce à une méthode de synthèse améliorée. En conséquence, il est devenu plus stable pendant l’utilisation de la batterie ».
Durée de vie plus longue, temps de charge plus court
L’amélioration de la stabilité structurelle a presque doublé la capacité de rétention de la batterie après 200 cycles de charge/décharge. En outre, ce désordre chimique de courte portée augmente le transfert de charge dans l’électrode, ce qui se traduit par des temps de charge plus courts. L’équipe a démontré ces avantages pour des cathodes commerciales bien établies telles que l’oxyde de lithium et de cobalt (LiCoO2) et l’oxyde de lithium, nickel, manganèse et cobalt (NMC811).
Matériaux critiques
Les résultats pourraient déboucher sur une nouvelle génération de batteries Li-ion, dont le coût de fabrication et l’empreinteCO2 par unité d’énergie stockée au cours de leur durée de vie seraient moindres. L’équipe cherchera ensuite à savoir si les mêmes principes de conception des matériaux peuvent être utilisés pour fabriquer des cathodes à partir de matières premières moins rares. « Le cobalt et le nickel sont des matériaux essentiels pour les technologies énergétiques et il serait bon de réduire l’utilisation de ces matériaux dans les batteries », explique Marnix Wagemaker, auteur principal de l’article.