Une étude révèle la clé pour améliorer la durée de vie de la batterie : les interactions entre les particules

Selon les médias étrangers, Feng Lin, professeur agrégé au département de chimie du Virginia Tech College of Science, et son équipe de recherche ont découvert que la dégradation précoce des batteries semble être due aux propriétés des particules d'électrode individuelles, mais après des dizaines de charges. Après le bouclage, la façon dont ces particules s’assemblent est plus importante.

"Cette étude révèle les secrets de la conception et de la fabrication d'électrodes de batterie pour une longue durée de vie de la batterie", a déclaré Lin. Actuellement, le laboratoire de Lin travaille à la refonte des électrodes de batterie afin de créer une architecture d'électrodes à charge rapide, moins coûteuse, à durée de vie plus longue et respectueuse de l'environnement.

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Une étude révèle la clé pour améliorer la durée de vie de la batterie : les interactions entre les particules
GasgooLiu Liting5小时前
Selon les médias étrangers, Feng Lin, professeur agrégé au département de chimie du Virginia Tech College of Science, et son équipe de recherche ont découvert que la dégradation précoce des batteries semble être due aux propriétés des particules d'électrode individuelles, mais après des dizaines de charges. Après le bouclage, la façon dont ces particules s’assemblent est plus importante.

"Cette étude révèle les secrets de la conception et de la fabrication d'électrodes de batterie pour une longue durée de vie de la batterie", a déclaré Lin. Actuellement, le laboratoire de Lin travaille à la refonte des électrodes de batterie afin de créer une architecture d'électrodes à charge rapide, moins coûteuse, à durée de vie plus longue et respectueuse de l'environnement.

Source de l'image : Feng Lin

"Lorsque l'architecture des électrodes permettra à chaque particule individuelle de répondre rapidement aux signaux électriques, nous disposerons d'une excellente boîte à outils pour charger rapidement les batteries", a déclaré Lin. « Nous sommes ravis de pouvoir comprendre la prochaine génération de batteries à charge rapide et à faible coût. »

La recherche a été menée en collaboration avec le laboratoire national des accélérateurs SLAC du ministère américain de l'Énergie, l'université Purdue et l'installation européenne de rayonnement synchrotron. Zhengrui Xu et Dong Ho, boursiers postdoctoraux du laboratoire de Lin, sont également co-auteurs de l'article, dirigeant la fabrication d'électrodes, la fabrication de batteries et les mesures de performances des batteries, et contribuant aux expériences aux rayons X et à l'analyse des données.

"Les éléments de base sont ces particules qui composent les électrodes de la batterie, mais lorsqu'elles sont agrandies, ces particules interagissent les unes avec les autres", a déclaré Yijin Liu, scientifique du SLAC, chercheur à la source de lumière à rayonnement synchrotron de Stanford (SSRL). "Si vous voulez fabriquer de meilleures batteries, vous devez savoir comment assembler les particules."

Dans le cadre de l'étude, Lin, Liu et d'autres collègues ont utilisé des techniques de vision par ordinateur pour étudier comment les particules individuelles qui composent les électrodes des batteries rechargeables se décomposent au fil du temps. L’objectif cette fois-ci est d’étudier non seulement les particules individuelles, mais également la manière dont elles interagissent pour prolonger ou réduire la durée de vie de la batterie. L’objectif ultime est d’apprendre de nouvelles façons de prolonger la durée de vie des modèles de batteries.

Dans le cadre de l’étude, l’équipe a étudié la cathode de la batterie aux rayons X. Ils ont utilisé la tomographie aux rayons X pour reconstruire une image 3D de la cathode de la batterie après différents cycles de charge. Ils ont ensuite découpé ces images 3D en une série de tranches 2D et utilisé des méthodes de vision par ordinateur pour identifier les particules. Outre Lin et Liu, l'étude comprenait le chercheur postdoctoral SSRL Jizhou Li, le professeur de génie mécanique de l'Université Purdue Keije Zhao et l'étudiant diplômé de l'Université Purdue Nikhil Sharma.

Les chercheurs ont finalement identifié plus de 2 000 particules individuelles, calculant non seulement leurs caractéristiques individuelles telles que la taille, la forme et la rugosité de la surface, mais également des caractéristiques telles que la fréquence à laquelle les particules étaient en contact direct les unes avec les autres et l'ampleur des changements de forme des particules.

Ensuite, ils ont examiné comment chaque propriété provoquait la décomposition des particules et ont découvert qu'après 10 cycles de charge, les facteurs les plus importants étaient les propriétés des particules individuelles, notamment leur degré de sphérique et le rapport entre le volume des particules et la surface. Après 50 cycles, cependant, les propriétés d'appariement et de groupe ont conduit à la décomposition des particules, telles que la distance entre les deux particules, l'ampleur du changement de forme et la question de savoir si les particules les plus allongées en forme de ballon de football avaient des orientations similaires.

"La raison n'est plus seulement la particule elle-même, mais l'interaction particule-particule", a déclaré Liu. Cette découverte est importante car elle signifie que les fabricants peuvent développer des techniques pour contrôler ces propriétés. Par exemple, ils pourraient être capables d’utiliser des champs magnétiques ou électriques. En alignant les particules allongées les unes sur les autres, les dernières découvertes suggèrent que cela prolongera la durée de vie de la batterie.

Lin a ajouté : « Nous avons mené des recherches intensives sur la manière de faire fonctionner efficacement les batteries des véhicules électriques dans des conditions de charge rapide et de basse température. En plus de concevoir de nouveaux matériaux capables de réduire les coûts des batteries en utilisant des matières premières moins chères et plus abondantes, notre laboratoire s'efforce également de comprendre le comportement des batteries hors équilibre. Nous avons commencé à étudier les matériaux des batteries et leur réponse aux environnements difficiles.