La nouvelle anode permet une recharge sûre de la batterie en quelques minutes
Les chercheurs de l’UC San Diego ont peut-être trouvé une solution qui permet aux batteries lithium-ion d’être rechargées en toute sécurité en quelques minutes pour des milliers de cycles.
La recharge rapide de la batterie est un sujet sur lequel les scientifiques travaillent constamment, car les gens deviennent de plus en plus dépendants de leurs appareils électroniques. Les chercheurs de l’UC San Diego ont peut-être trouvé une solution dans un nouveau matériau d’anode qui permet aux batteries lithium-ion d’être rechargées en toute sécurité en quelques minutes pendant des milliers de cycles.
Le matériau est un sel gemme désordonné, composé d’atomes de lithium, de vanadium et d’oxygène abondants sur terre, disposés de la même manière que le sel de cuisine ordinaire, mais en même temps, de manière aléatoire.
L’équipe, composée de scientifiques des laboratoires des professeurs Ping Liu et Shyue Ping Ong, pense que l’anode pourrait être prometteuse pour les batteries lithium-ion pouvant être utilisées pour des applications commerciales dans lesquelles haute densité d’énergie et haute puissance doivent se combiner en toute sécurité. Ceux-ci incluent les véhicules électriques, les aspirateurs ou les perceuses.
Actuellement, les anodes des batteries lithium-ion sont en graphite ou en titanate de lithium. Le premier a une densité énergétique élevée, mais ne peut pas être rechargé rapidement par crainte d’incendie ou d’explosions dues à la dégradation des matériaux. Cette dernière est plus sûre et peut être rechargée rapidement, mais n’est pas énergivore et nécessite donc une recharge fréquente de la batterie.
Le meilleur des deux mondes
Le sel gemme désordonné, ou Li3V2O5, avec lequel les chercheurs de l’UC San Diego ont travaillé rencontre ces matériaux au milieu, a déclaré Haodong Liu, chercheur postdoctoral dans le laboratoire du professeur Ping Liu. Il est plus sûr que le graphite mais permet une densité d’énergie beaucoup plus élevée que le titanate de lithium, environ 71%, a-t-il déclaré.
« La capacité et l’énergie seront un peu inférieures à celles du graphite, mais il est plus rapide, plus sûr et a une durée de vie plus longue », a déclaré Liu dans un communiqué de presse. « Il a une tension beaucoup plus faible et, par conséquent, une densité d’énergie bien améliorée par rapport aux anodes en titanate de lithium à charge rapide actuellement commercialisées. »
En raison de cette combinaison de caractéristiques, le matériau peut être utilisé pour fabriquer « des batteries sûres et à charge rapide avec une longue durée de vie, sans sacrifier trop de densité énergétique », a-t-il déclaré.
L’équipe a commencé à expérimenter le sel gemme désordonné dans les batteries il y a six ans, mais comme cathode et non comme anode. Après avoir effectué une quantité importante de travail dans ce domaine, les chercheurs ont décidé de se tourner vers l’utiliser comme anode.
« Lorsque les gens l’utilisent comme cathode, ils doivent décharger le matériau à 1,5 volt », a expliqué Liu. « Mais lorsque nous avons examiné la structure du matériau de la cathode à 1,5 volt, nous avons pensé que ce matériau avait une structure spéciale qui pourrait héberger plus d’ions lithium, ce qui signifie qu’il peut atteindre une tension encore plus basse pour fonctionner comme une anode. »
Preuve en performance
L’anode développée par l’équipe pourrait cycler de manière réversible deux ions lithium à une tension moyenne de 0,6 V, ce qui est supérieur au 0,1 V du graphite. À ce niveau de performance, il élimine le placage au lithium métal à un taux de charge élevé, ce qui rend la batterie plus sûre.
Cependant, ce taux est également inférieur au 1,5 V, qui est le taux de cyclage auquel le lithium-titanate intercale le lithium. Cela signifie que l’anode peut stocker beaucoup plus d’énergie.
Lors des tests, l’anode a effectué plus de 6 000 cycles avec une faible baisse de capacité et peut se recharger à plus de 40 % de sa capacité en 20 secondes.
Les chercheurs ont publié un article sur leurs travaux dans la revue La nature.
Les chercheurs ont formé une société appelée Tyfast pour commercialiser la technologie ; les premiers produits dans lesquels il sera utilisé seront des bus électriques et des outils électriques. L’équipe prévoit également de continuer à développer l’anode tout en travaillant sur d’autres composants de la batterie pour développer une cellule complète commercialement viable.
À cette fin, les chercheurs ont compris pourquoi l’anode désordonnée à base de sel gemme fonctionne aussi bien. La raison en est que les ions lithium dans le matériau se réorganisent d’une manière qui entraîne à la fois une basse tension et une diffusion rapide du lithium.
Dans les travaux futurs, l’équipe prévoit de rechercher d’autres matériaux d’électrode pouvant fonctionner de manière similaire pour développer d’autres dispositifs de stockage d’énergie.
