La tomographie révèle le fort potentiel des piles solides au sulfure de cuivre
Observation des processus de chargement et de déchargement
Les batteries à l'état solide permettent d'atteindre des densités d'énergie encore plus élevées que les batteries lithium-ion tout en offrant une grande sécurité. Une équipe dirigée par le professeur Philipp Adelhelm et le docteur Ingo Manke a réussi à observer une batterie à l'état solide pendant la charge et la décharge et à créer des images 3D à haute résolution. Cela a montré que la fissuration peut être efficacement réduite par une pression plus élevée.
Reconstruction 3D de la formation d'une cristallite de cuivre dans une particule de sulfure de cuivre (CuS) pendant la décharge d'une batterie solide au lithium CuS. L'expansion du volume peut conduire à la formation de fissures (bleu).
K. Dong / HZB
Les batteries à l'état solide (SSB) sont actuellement considérées comme une technologie de batterie prometteuse pour l'avenir. Par rapport aux batteries lithium-ion actuelles, qui sont utilisées dans les téléphones mobiles, les ordinateurs portables et les véhicules électriques, les SSB pourraient atteindre des densités d'énergie encore plus élevées et une meilleure sécurité. Outre les instituts de recherche, toutes les grandes entreprises automobiles effectuent donc également des recherches sur cette technologie. La principale caractéristique de cette technologie est que les électrolytes liquides hautement inflammables des batteries lithium-ion sont remplacés par un solide. La batterie entière est donc constituée uniquement de "matériaux solides", d'où le nom de batterie à l'état solide. Afin de produire une telle batterie, différents matériaux (anode, cathode et électrolyte) doivent être pressés ensemble sous haute pression.
Des chercheurs du Helmholtz-Zentrum Berlin et Hereon, de la Humboldt-Universität zu Berlin et de l'Institut fédéral de recherche et d'essais sur les matériaux ont réussi à observer les processus à l'intérieur d'une telle batterie à l'état solide pendant la charge et la décharge. L'équipe dirigée par le professeur Philipp Adelhelm et le docteur Ingo Manke a étudié le comportement du sulfure de cuivre, un minéral naturel, en tant que cathode dans une batterie à l'état solide. Le lithium a été utilisé comme anode. Une caractéristique particulière de la batterie est la formation de grands cristallites de cuivre pendant la décharge. La formation de grands cristallites permet une étude détaillée de la réaction au moyen de la tomographie aux rayons X. Ainsi, la réaction de (dé)charge est un processus qui se déroule dans des conditions extrêmes. Ainsi, la réaction de (dé)charge a pu être suivie en 3D et, pour la première fois, le mouvement des particules de cathode dans la batterie a pu être suivi. En outre, il a été démontré que la fissuration peut être efficacement réduite par une pression plus élevée. "Pour les mesures complexes, nous avons dû faire des compromis et réaliser de nombreuses expériences de référence", expliquent le Dr Zhenggang Zhang et le Dr Kang Dong, les premiers auteurs conjoints de la publication. "Cependant, les résultats fournissent un aperçu détaillé du fonctionnement interne d'une batterie à l'état solide et montrent comment ses propriétés peuvent être améliorées."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Zhenggang Zhang, Kang Dong, Katherine A. Mazzio, André Hilger, Henning Markötter, Fabian Wilde, Tobias Heinemann, Ingo Manke, Philipp Adelhelm; Phase Transformation and Microstructural Evolution of CuS Electrodes in Solid-State Batteries Probed by in-situ 3D X-ray Tomography; Advanced Energy Materials (2022)
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