Des "défauts" contrôlables améliorent les performances des batteries lithium-ion
"Cette technique ouvre la porte, pour ainsi dire, aux ions de lithium, ce qui permet d'améliorer la capacité de courant."
Une nouvelle étude de la North Carolina State University, réalisée en collaboration avec des chercheurs spécialisés dans les tests de batteries au Oak Ridge National Laboratory du ministère américain de l'énergie, montre que des impulsions extrêmement brèves émises par un laser de forte puissance peuvent provoquer de minuscules défauts dans les matériaux des batteries lithium-ion - des défauts qui peuvent améliorer les performances des batteries.
Les performances des batteries lithium-ion, comme celles utilisées dans les appareils électroniques mobiles, sont améliorées par le recuit laser pulsé nanoseconde (image symbolique).
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La technique, appelée recuit laser pulsé nanoseconde, ne dure que 100 nanosecondes et est générée par le même type de laser que celui utilisé dans les chirurgies oculaires modernes. Les chercheurs ont testé la technique sur le graphite, un matériau largement utilisé dans les anodes des batteries lithium-ion, ou électrodes positives. Ils ont testé la technique par lots de 10 impulsions et de 80 impulsions et ont comparé les différences de capacité de courant ; la puissance est calculée en multipliant la tension par le courant.
Les batteries lithium-ion sont largement utilisées dans les appareils électroniques portables et les voitures électriques. Avec de nouvelles améliorations, ces batteries pourraient avoir un impact majeur sur les transports et servir de dispositifs de stockage pour les sources d'énergie renouvelables comme le vent et le soleil.
L'étude a montré un certain nombre de résultats intéressants, a déclaré Jay Narayan, titulaire de la chaire distinguée de la famille John C. Fan en science des matériaux à NC State et auteur correspondant d'un article décrivant les travaux. Narayan a été le premier à utiliser des lasers pour créer et manipuler des défauts dans les semi-conducteurs, dans le cadre de travaux menés depuis plus de quarante ans.
"Les défauts matériels peuvent être une nuisance, mais si vous les concevez correctement, vous pouvez en faire un avantage", a-t-il déclaré. "Cette technique ouvre la porte, pour ainsi dire, aux ions lithium, ce qui permet d'améliorer la capacité de courant". Les anodes en graphite sont constituées de marches et de rainures à la surface. Créer plus de marches revient à créer plus de portes pour que les ions de lithium puissent entrer et sortir, ce qui est bénéfique.
"La technique crée également des défauts appelés vacuités, qui sont des atomes manquants, et cela contribue à fournir plus de sites pour que les ions de lithium aillent et viennent, ce qui est lié à la capacité de courant."
La capacité de courant a augmenté de 20% lorsque le nombre optimal d'impulsions a été utilisé, qui était plus proche de 10 que de 80 impulsions.
L'étude a également montré, cependant, que trop de bonne chose peut être une mauvaise chose, car trop de défauts dans les anodes en graphite peuvent entraîner des problèmes.
"L'ion lithium a une charge positive, donc s'il capture un électron, il devient du lithium métal, et ce n'est pas ce que l'on veut", a déclaré Narayan. "Le lithium métal projette de minuscules dendrites de fil de l'anode en graphite et peut provoquer un incendie. Il faut donc s'assurer que l'ion lithium ne se transforme pas en métal."
Narayan a déclaré que les fabricants devraient être en mesure d'utiliser le recuit laser à impulsions nanosecondes pour produire à la fois les anodes et les cathodes, les autres électrodes contenues dans les batteries.
"Ces lasers à haute puissance existent, et vous pouvez traiter les anodes et les cathodes en une microseconde", a déclaré Narayan. "Les cathodes ou les anodes sont réalisées sur une feuille, ce qui rend le traitement relativement rapide et facile."
Narayan et ses collègues de l'Université du Texas-Austin ont récemment publié un autre article qui utilisait la même technique laser sur des matériaux cathodiques. Publiée dans ACS Applied Materials and Interfaces, cette étude a montré que le traitement au laser améliorait les matériaux cathodiques.
"Ensuite, nous essayons d'éliminer la nécessité d'utiliser des matériaux plus coûteux, comme le cobalt dans les cathodes des batteries, afin de fabriquer des batteries plus puissantes et plus durables", a déclaré Narayan.
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.
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