Génie de Conception

En Vedette Énergie Électronique/Électrique
Surmonter la baisse de performance des batteries

Lors des cycles répétés de charge-décharge.


8 avril 2022
Par GC staff

Sujets
(Photo caption: Argonne National Laboratory)

Des chercheurs du laboratoire national d’Argonne du Département américain de l’énergie (DOE) ont découvert une raison clé de la dégradation des performances des batteries lors des cycles répétés de charge-décharge : l’apparition de défauts dans la structure atomique qui se forment au cours des étapes de préparation du matériau de la cathode.

Ces défauts conduisent finalement à un tremblement de terre structurel dans la cathode, entraînant une baisse catastrophique des performances pendant le cycle de la batterie. Forts de ces connaissances, les développeurs de batteries pourront désormais ajuster les conditions de synthèse pour fabriquer des cathodes sodium-ion bien supérieures.

Pendant la synthèse de la cathode, les fabricants de matériaux chauffent lentement le mélange cathodique à une température très élevée dans l’air, le maintiennent pendant un certain temps, puis abaissent rapidement la température à la température ambiante.

Advertisement

Les données obtenues par les chercheurs ont révélé que, lors de la chute rapide de la température pendant la synthèse du matériau, la surface des particules de cathode était devenue moins lisse et présentait de grandes zones indiquant une contrainte. Les données ont également montré qu’un effet push-pull dans ces zones se produit pendant le cycle de la cathode, provoquant la fissuration des particules de cathode et une baisse des performances.

Après une étude plus approfondie, les chercheurs ont découvert que cette dégradation s’intensifiait lors du cycle des cathodes à haute température (130 degrés Fahrenheit) ou avec une charge rapide (une heure au lieu de 10 heures).

« Nos connaissances sont extrêmement importantes pour la fabrication à grande échelle de cathodes sodium-ion améliorées », a noté Khalil Amine, un Argonne Distinguished Fellow. En raison de la grande quantité de matériau impliqué, disons 1,000 kilogrammes, il y aura une grande variation de température, ce qui entraînera la formation de nombreux défauts à moins que des mesures appropriées ne soient prises. »

« Maintenant, nous devrions être en mesure d’associer notre cathode améliorée à l’anode pour atteindre une augmentation de 20 % à 40 % des performances », a déclaré a déclaré Guiliang Xu, chimiste adjoint à la division des sciences chimiques et de l’ingénierie d’Argonne. Également important, ces batteries maintiendront ces performances avec un cycle à long terme à haute tension. »

L’impact pourrait se traduire par une autonomie plus longue dans des véhicules électriques plus abordables et une réduction des coûts de stockage de l’énergie sur le réseau électrique.
https://www.anl.gov/