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Jun 01, 2023

Les chercheurs créent un niveau élevé

Le monde entre rapidement dans une nouvelle ère où l’accent est mis de plus en plus sur les technologies vertes. Ces technologies nécessitent une recherche et un développement (R&D) plus pratiques et plus précis pour répondre à la demande croissante.

Le monde entre rapidement dans une nouvelle ère où l’accent est mis de plus en plus sur les technologies vertes. Ces technologies nécessitent une recherche et un développement (R&D) plus pratiques et plus précis pour répondre à la demande croissante de systèmes de stockage d’énergie. Les progrès récents ont conduit à des batteries lithium-ion plus efficaces ; Pourtant, d’importantes lacunes demeurent. L’un de ces défis est la nécessité d’une recharge plus rapide, ce qui peut contribuer à accélérer l’adoption des véhicules électriques.

Désormais, en utilisant les ressources du Laboratoire national Argonne du Département américain de l'énergie (DOE), une équipe de recherche dirigée par l'Université d'État de Boise et l'Université de Californie à San Diego a créé un matériau haute performance pour les électrodes de batterie qui pourrait faciliter une charge beaucoup plus rapide pour batteries à lithium. Il s’avère prometteur pour accélérer la charge tout en offrant une excellente capacité de stockage.

Au fur et à mesure du cycle des batteries au lithium, les ions lithium se déplacent de l'électrode positive (cathode) vers l'électrode négative (anode), généralement constituée de graphite. À des vitesses de charge plus rapides, le lithium métallique a tendance à s'accumuler à la surface du graphite. Connu sous le nom de placage au lithium, il compromet les performances de la batterie et peut provoquer un court-circuit, une surchauffe ou même un incendie.

Les chercheurs ont cherché à éliminer cet obstacle sur la voie d’une charge plus rapide à l’aide d’un composé appelé pentoxyde de niobium, doté d’une nouvelle structure cristalline. Le pentoxyde de niobium est beaucoup moins sensible au placage, ce qui le rend potentiellement plus sûr et plus durable que le graphite. Ses atomes peuvent être facilement disposés dans de nombreuses configurations stables qui ne nécessitent pas beaucoup d’énergie pour se reconfigurer. Cela offre aux chercheurs la possibilité de découvrir de nouvelles structures susceptibles d’améliorer les performances de la batterie.

Pour leur étude, les chercheurs ont construit une pile bouton avec du pentoxyde de niobium comme matériau d'électrode. Au départ, le pentoxyde de niobium avait un arrangement désordonné d’atomes. Mais l’équipe a découvert que lorsque la cellule était chargée et déchargée plusieurs fois, la structure désordonnée se transformait en une structure cristalline ordonnée.

Décrit comme une structure cubique de sel gemme, la structure cristalline a permis un transport plus facile et plus rapide des ions lithium dans l'anode pendant la charge. Leurs découvertes soulignent la promesse d'un matériau en matière de charge rapide, et d'autres mesures suggèrent qu'il peut stocker une grande quantité de charge. Il présente une superbe stabilité de cyclage avec une capacité de 225 mAh g−1 à 200 mA g−1 pendant 400 cycles et une efficacité coulombienne de 99,93 %.

Il est très difficile de fabriquer du pentoxyde de niobium cristallin de haute performance avec les méthodes de synthèse traditionnelles, telles que celles qui soumettent les matériaux à la chaleur et à la pression. L’approche de synthèse non conventionnelle utilisée avec succès dans cette étude – charger et décharger une cellule de batterie – pourrait être appliquée à la fabrication d’autres matériaux de batterie innovants. Cela pourrait même potentiellement soutenir la fabrication de nouveaux matériaux dans d’autres domaines, tels que les semi-conducteurs et les catalyseurs.

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