Stabilisation des batteries lithium-ion : la touche vanadium
Une modification simple et efficace améliore la durabilité et les performances des batteries lithium-ion à haute énergie
Face à l'explosion de la demande de véhicules électriques et de systèmes de stockage d'énergie, les batteries lithium-ion doivent fournir des densités d'énergie plus élevées à des coûts moindres. Bien que les matériaux cathodiques conventionnels tels que LiFePO4 et Li-Ni-Co-Mn-O soient largement utilisés, ils ne parviennent pas toujours à concilier performance et prix. Les oxydes de manganèse riches en lithium (LRMO) sont apparus comme une alternative potentielle en raison de leur capacité élevée et de leur composition sans cobalt. Toutefois, leur faible efficacité coulombienne initiale et la baisse rapide de la tension ont limité leur application à grande échelle. Pour relever ces défis, il faut approfondir la recherche afin de stabiliser les LRMO en vue d'une utilisation commerciale à grande échelle.
Le schéma montre le traitement NH4VO3 formant des liaisons V-O sur la surface d'une cathode riche en lithium, créant une structure spinelle dopée en V. Cette innovation améliore considérablement la stabilité de la tension et augmente la capacité de la batterie, comme le montre le graphique montrant une performance constante sur 200 cycles. Cette innovation améliore considérablement la stabilité de la tension et augmente la capacité de la batterie, comme le montre le graphique des performances constantes sur 200 cycles.
Energy Materials and Devices, Tsinghua University Press
En septembre 2024, une équipe de l'université technologique de Guangdong, dirigée par Dong Luo et Chenyu Liu, a publié une étude dans Energy Materials and Devices, qui marque une avancée significative dans la technologie des batteries lithium-ion. Leur recherche démontre comment le traitement de matériaux cathodiques riches en lithium avec du NH4VO3 permet d'obtenir une structure en couches spinelles dopées au vanadium qui améliore à la fois l'efficacité coulombienne initiale et la stabilité de la tension. Cette modification simple mais efficace représente une étape majeure dans l'amélioration de la durabilité et de la performance des batteries lithium-ion à haute énergie.
L'étude aborde deux problèmes de longue date dans les cathodes LRMO : la faible efficacité coulombienne initiale (ICE) et la baisse rapide de la tension. L'équipe de recherche a utilisé un traitement hydrothermal à l'aide de NH4VO3, qui a introduit du vanadium à la surface de la cathode, formant une structure en couches spinelles dopées au V. Cette structure innovante a permis d'améliorer l'efficacité des batteries lithium-ion. Cette structure innovante a amélioré la diffusion de l'ion lithium et réduit les réactions d'interface de surface, stabilisant ainsi le processus d'oxydoréduction. L'ICE est notamment passé de 74,4 % à 91,6 %, dépassant ainsi le seuil requis pour la commercialisation. Outre l'augmentation significative du rendement, la cathode a également fait preuve d'une stabilité de tension impressionnante, avec une baisse minimale de seulement 0,47 mV par cycle sur 200 cycles. Cette amélioration est liée à la suppression de la libération irréversible d'oxygène et à la formation de liaisons V-O solides, qui renforcent la stabilité structurelle du matériau. En relevant ces défis critiques, l'étude met en lumière une approche prometteuse pour améliorer les performances et la durée de vie des cathodes LRMO, ce qui les rend plus adaptées aux applications à haute énergie.
Commentant la recherche, le professeur Dong Luo, chercheur principal, a déclaré : "Nos résultats offrent une méthode pratique et très efficace pour relever les défis persistants de la faible efficacité coulombienne et de la baisse de tension dans les cathodes riches en lithium. En incorporant du vanadium, nous avons considérablement amélioré la stabilité redox et la tension, ouvrant ainsi la voie aux batteries lithium-ion de la prochaine génération pour répondre aux besoins énergétiques croissants de secteurs tels que les véhicules électriques et le stockage des énergies renouvelables".
La cathode riche en lithium dopé au V présente un fort potentiel pour des applications dans les véhicules électriques, les systèmes d'énergie renouvelable et l'électronique grand public, où l'efficacité et la longévité des batteries sont primordiales. L'amélioration de l'efficacité et de la stabilité promet non seulement de réduire les coûts en éliminant le cobalt, mais aussi d'améliorer les performances globales des batteries. À mesure que cette technologie évolue, elle pourrait déboucher sur des solutions énergétiques plus abordables et plus durables, accélérant ainsi la transition mondiale vers des sources d'énergie plus propres et plus efficaces.
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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