Contrairement aux voitures conventionnelles qui utilisent des moteurs à combustion interne, les voitures électriques sont uniquement alimentées par des batteries au lithium-ion, de sorte que les performances de la batterie définissent les performances globales de la voiture. Cependant, des temps de charge lents et une faible puissance restent des obstacles à surmonter. À la lumière de cela, une équipe de recherche POSTECH a récemment développé un matériau de batterie plus rapide et plus durable pour les voitures électriques.
Les équipes de recherche du professeur Byoungwoo Kang et du Docteur Minkyung Kim du département de science des matériaux et d’ingénierie de POSTECH et du professeur Won-Sub Yoon du département de science de l’énergie de l’Université de Sungkyunkwan ont prouvé ensemble pour la première fois que lors de la charge et de la décharge de Li-ion des matériaux d’électrode de batterie, une puissance élevée peut être produite en réduisant considérablement le temps de charge et de décharge sans réduire la taille des particules. Ces résultats de recherche ont été publiés dans le récent numéro de Énergie et sciences de l’environnement, une revue internationale de premier plan dans le domaine des matériaux énergétiques.
Pour la charge et la décharge rapides des batteries Li-ion, des méthodes qui réduisent la taille des particules des matériaux d’électrode ont été utilisées jusqu’à présent. Cependant, la réduction de la taille des particules a pour inconvénient de diminuer la densité d’énergie volumétrique des batteries.
Pour cela, l’équipe de recherche a confirmé que si une phase intermédiaire dans la transition de phase est formée pendant la charge et la décharge, une puissance élevée peut être générée sans perdre une densité d’énergie élevée ou réduire la taille des particules grâce à une charge et une décharge rapides, permettant le développement de longues -Piles Li-ion durables.
Dans le cas des matériaux de séparation de phases qui subissent le processus de création et de croissance de nouvelles phases lors de la charge et de la décharge, deux phases de volumes différents existent au sein d’une même particule, ce qui entraîne de nombreux défauts structurels à l’interface des deux phases. Ces défauts empêchent la croissance rapide d’une nouvelle phase au sein de la particule, empêchant une charge et une décharge rapides.
En utilisant la méthode de synthèse développée par l’équipe de recherche, on peut induire une phase intermédiaire qui agit comme un tampon structurel qui peut réduire considérablement le changement de volume entre les deux phases dans une particule. De plus, il a été confirmé que cette phase intermédiaire tampon peut aider à créer et à faire croître une nouvelle phase au sein de la particule, améliorant la vitesse d’insertion et d’élimination du lithium dans la particule. Ceci a à son tour prouvé que la formation de phase intermédiaire peut augmenter considérablement la vitesse de charge et de décharge de la cellule en créant une réaction électrochimique homogène dans l’électrode où de nombreuses particules sont composées.
En conséquence, les électrodes de batterie Li-ion synthétisées par l’équipe de recherche se chargent jusqu’à 90 % en six minutes et se déchargent à 54 % en 18 secondes, un signe prometteur pour le développement de batteries Li-ion haute puissance.
« L’approche conventionnelle a toujours été un compromis entre sa faible densité d’énergie et la vitesse rapide de charge et de décharge due à la réduction de la taille des particules », a fait remarquer le professeur Byoungwoo Kang, l’auteur correspondant de l’article. Il a expliqué : « Cette recherche a jeté les bases du développement de batteries Li-ion capables d’atteindre une vitesse de charge et de décharge rapide, une densité d’énergie élevée et des performances prolongées ».
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
