Une nouvelle cathode LMR qui minimise la décroissance de tension dans le Li

Article du 7 août 2023

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par Ingrid Fadelli , Tech Xplore

Les batteries lithium-ion (LiB), batteries rechargeables qui stockent l'énergie en tirant parti de la réduction réversible des ions Li, restent parmi les technologies de batteries les plus utilisées dans le monde. Ces batteries alimentent une large gamme d’appareils, allant des smartphones, écouteurs et PC aux appareils intelligents et véhicules électriques.

Une équipe de chercheurs de la City University de Hong Kong, de la Northwestern University et d’autres instituts aux États-Unis a tenté de concevoir des stratégies et des solutions susceptibles d’améliorer les performances des LiB, en prolongeant leur durée de vie et en augmentant leur capacité énergétique. Dans un article récent publié dans Nature Energy, l'équipe a présenté une nouvelle cathode qui pourrait augmenter la capacité des LiB, en s'attaquant à une limitation bien documentée des cathodes existantes.

"Imaginez un monde dans lequel la batterie de votre téléphone dure beaucoup plus longtemps et où les voitures électriques peuvent aller plus loin avec une seule charge", a déclaré à TechXplore le professeur Qi Liu, l'un des chercheurs qui ont mené l'étude. "C'est le rêve vers lequel nous travaillons. En améliorant les LiB, les sources d'énergie des appareils électriques et des véhicules électriques modernes. Notre étude récente se concentre sur un type spécifique de matériau appelé cathodes en couches riches en lithium et en manganèse (LMR), qui ont le potentiel de stocker beaucoup plus d’énergie que les cathodes commerciales actuelles. »

Les cathodes en couches LMR sont connues pour être sensibles à un phénomène connu sous le nom de « décroissance de tension », qui entraîne une détérioration rapide des cathodes et une perte de tension dans la batterie. Ce problème crucial et largement étudié limite considérablement les performances des LiB, limitant ainsi leur potentiel global en tant que solution de batterie.

"Nous avons été inspirés par les défis rencontrés par les chercheurs du monde entier qui tentaient de résoudre ce problème de dégradation de tension", a expliqué le professeur Liu. "Certains esprits brillants avaient déjà proposé des idées, comme revêtir le matériau de la cathode ou introduire de nouveaux éléments pour stabiliser la structure. Mais même avec ces efforts, le problème restait entier."

Ces derniers temps, il y a eu un regain d’intérêt pour une classe de matériaux LMR caractérisés par une structure unique empilée d’O2. Notamment, ces matériaux présentent une décroissance de tension plus faible que les LMR conventionnels de type O3. L’empilement O2 distinctif offre également la possibilité d’ajuster finement la structure locale du réseau en nid d’abeille intrinsèquement instable.

S'inspirant de ces découvertes, le professeur Liu et ses collègues ont tenté de construire de nouvelles cathodes LMR basées sur le type O2. L’objectif principal des chercheurs était de stabiliser la structure caractéristique en forme de nid d’abeille des matériaux LMR.