Une nouvelle méthode suit les processus physiques à l’intérieur des parties liquides et solides des batteries Li-ion

Et si vous pouviez recharger votre véhicule électrique en autant de temps qu’il faut pour faire le plein d’essence ? Dans un nouvel article publié dans Jouledes chercheurs de l'Université McGill et de l'Université du Québec à Montréal (UQAM) ont annoncé le développement d'une nouvelle méthode qui permet aux chercheurs d'observer l'intérieur des batteries Li-ion et, pour la première fois, de suivre les processus physiques qui se déroulent à la fois dans le liquide et les parties solides des cellules de la batterie au fur et à mesure.

Cette avancée apporte un nouvel éclairage sur les facteurs qui influencent la vitesse à laquelle les batteries Li-ion peuvent être chargées ou déchargées et pourrait conduire à des capacités de charge rapide dans certains des appareils électroniques et des véhicules les plus essentiels et les plus largement utilisés, des ordinateurs portables et téléphones portables aux vélos électriques, scooters et voitures.

L'équipe de recherche, dirigée par les professeurs de chimie Janine Mauzeroll de McGill et Steen B. Schougaard de l'UQAM, en collaboration avec l'Installation européenne de rayonnement synchrotron (ESRF), a utilisé des rayons X hautement concentrés pour examiner l'intérieur des cellules de batterie Li-ion et a découvert que le Cette technique a réussi à cartographier les changements de concentration en lithium, en temps réel, au fur et à mesure que les batteries se chargent ou se déchargent.

“Lorsqu'une batterie Li-ion se charge ou se décharge, le lithium se déplace à l'intérieur de la cellule à la fois dans un électrolyte liquide et dans un matériau actif solide, et la vitesse à laquelle cela se produit dépend généralement de la vitesse à laquelle le lithium peut se déplacer d'un côté à l'autre de la cellule. à travers ces deux phases », a déclaré Jeremy Dawkins, qui a travaillé sur le projet en tant que doctorant. étudiant dans les laboratoires de Schougaard et Mauzeroll.

“Ce travail est le premier rapport sur une méthode permettant de cartographier le lithium à la fois en solution et en phase solide d'une batterie Li-ion pendant le fonctionnement de la batterie, nous permettant ainsi de quantifier les performances d'une cellule au niveau moléculaire.”

Il s'agit d'un développement qui pourrait avoir des implications considérables, allant de la communauté de recherche hautement spécialisée sur les batteries à presque tous ceux qui utilisent un appareil électronique ou un véhicule. “Ce travail est intéressant car il fournit aux chercheurs un nouvel outil important pour étudier les performances des batteries Li-ion, et il ouvre de nombreuses portes qui étaient auparavant fermées”, a déclaré Dawkins.

“Nous espérons que cela conduira à une recherche accélérée sur les batteries, par exemple en obtenant beaucoup plus tôt des architectures d'électrodes supérieures. Cela pourrait se traduire par de meilleures performances des batteries que nous utilisons quotidiennement.”

Selon les chercheurs, le projet a été une réussite face au COVID-19. Bien que les équipes de McGill et de l'UQAM soient basées à Montréal, l'installation européenne de rayonnement synchrotron, où les mesures ont été effectuées, se trouve à Grenoble, en France. En 2020, lorsque la pandémie a frappé et que les gouvernements ont commencé à mettre en place des restrictions de voyage, le projet a été plongé dans l’incertitude.

“Les facultés des sciences de McGill et de l'UQAM ont accordé des exemptions de déplacement clés pour rendre ces mesures possibles”, a déclaré Mauzeroll. “Nos collaborateurs de l'ESRF en France ont fait tout ce qu'ils pouvaient pour mesurer nos échantillons pendant les années de pointe de la pandémie”, a ajouté Dawkins. “Grâce à notre volonté et à un peu de chance, notre temps de mesure limité a fini par être couronné de succès.”