Les batteries au lithium nickel oxyde (LiNiO₂) pourraient révolutionner notre quotidien. Des chercheurs ont enfin percé le mystère de leur dégradation rapide.
Les scientifiques de l'Université du Texas à Dallas ont identifié la cause de la dégradation des batteries LiNiO₂. Cette découverte, publiée dans
Advanced Energy Materials, ouvre la voie à des solutions pour améliorer leur stabilité. Leur approche innovante consiste à renforcer la structure de la cathode, un élément clé des batteries.
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Le professeur Kyeongjae Cho et son équipe ont utilisé des modèles computationnels pour comprendre la dégradation. Ils ont découvert que les atomes d'oxygène dans le LiNiO₂ provoquent une instabilité, entraînant des fissures. Pour contrer ce problème, ils proposent d'ajouter des ions positifs pour renforcer la cathode.
Matthew Bergschneider, doctorant en science des matériaux, est à la tête d'un projet de fabrication robotisée de prototypes de batteries. Cette méthode permettra de produire des centaines de batteries par semaine, un pas de plus vers la commercialisation.
Le programme BEACONS, financé par le Département de la Défense, soutient cette recherche. L'objectif est de développer des technologies de stockage d'énergie plus efficaces et de former une main-d'œuvre qualifiée pour ce secteur en pleine expansion.
Les batteries LiNiO₂ pourraient remplacer celles au cobalt, un matériau rare et coûteux. Cette avancée pourrait bénéficier à de nombreux domaines, des smartphones aux véhicules électriques, en offrant une durée de vie plus longue.
Les chercheurs prévoient de collaborer avec des partenaires industriels pour commercialiser cette technologie. Leur solution pourrait marquer un tournant dans le domaine des batteries lithium-ion, en rendant les batteries plus durables et accessibles.
Comment fonctionne une batterie lithium-ion ?
Une batterie lithium-ion stocke et libère de l'énergie grâce au mouvement des ions lithium entre deux électrodes, la cathode et l'anode. Lors de la charge, les ions lithium se déplacent de la cathode vers l'anode. Pendant la décharge, ils retournent à la cathode, générant un courant électrique.
La cathode est généralement composée d'un mélange de matériaux, dont le cobalt, qui est cher et rare. Les chercheurs cherchent à remplacer le cobalt par des matériaux plus abondants et moins coûteux.
L'électrolyte, un liquide ou un gel conducteur, permet le mouvement des ions entre les électrodes. La stabilité de ces composants est cruciale pour la performance et la durée de vie de la batterie.
Les avancées dans la compréhension des matériaux et des processus chimiques permettent d'améliorer l'efficacité et la sécurité des batteries lithium-ion, essentielles pour de nombreuses applications modernes.
Qu'est-ce que la dégradation des batteries ?
La dégradation des batteries est un processus qui réduit leur capacité à stocker et à libérer de l'énergie au fil du temps. Elle peut être causée par plusieurs facteurs, dont les réactions chimiques indésirables, les changements structurels des matériaux et la formation de fissures.
Dans le cas des batteries LiNiO₂, la dégradation est principalement due à une réaction chimique impliquant les atomes d'oxygène. Cette réaction provoque une instabilité dans la structure de la cathode, entraînant des fissures et une perte de performance.
En renforçant la structure de la cathode avec des ions positifs, les scientifiques espèrent prolonger la durée de vie des batteries et faciliter leur commercialisation.