Haute performance en cas de gel
Matériaux à dilatation thermique négative utilisés comme électrodes pour les batteries lithium-ion
La plupart des solides se dilatent lorsque la température augmente et se rétractent lorsqu'ils se refroidissent. Certains matériaux font l'inverse et se dilatent dans le froid. Le phosphate de lithium et de titane est l'un de ces matériaux et pourrait apporter une solution au problème de la chute brutale des performances des batteries lithium-ion dans les environnements froids. Dans la revue Angewandte Chemie, une équipe chinoise a démontré que le phosphate de lithium et de titane pouvait être utilisé dans les électrodes des batteries rechargeables.
Les batteries lithium-ion et les autres batteries rechargeables à base d'ions métalliques fournissent de l'électricité à nos appareils portables, alimentent les véhicules et stockent l'énergie solaire et éolienne. Elles fonctionnent bien tant qu'il fait chaud. Lorsque les températures baissent, les performances de ces batteries peuvent diminuer fortement, ce qui pose un problème pour les voitures électriques, l'aérospatiale et les applications militaires. Les contre-mesures telles que les réchauffeurs intégrés, les électrolytes améliorés ou les revêtements d'électrodes augmentent le coût et la complexité de la production des batteries ou en réduisent les performances.
L'une des causes du problème du froid est le ralentissement de la diffusion des ions lithium dans le matériau de l'électrode. Une équipe de l'université Donghua et de l'université Fudan à Shanghai, ainsi que de l'université de Mongolie intérieure à Hohhot, a proposé une nouvelle approche pour résoudre ce problème : des électrodes composées de matériaux de stockage d'énergie électrochimique à dilatation thermique négative (NTE), tels que le phosphate de lithium et de titane LiTi2(PO4)3 (LTP). Dirigée par Liming Wu, Chunfu Lin et Renchao Che, l'équipe a utilisé le LTP comme substance modèle pour démontrer que les matériaux d'électrode ayant des propriétés NTE peuvent offrir de bonnes performances à basse température.
L'analyse de la structure cristalline a révélé un réseau tridimensionnel d'octaèdres de TiO6 et de tétraèdres de PO4 avec une structure ouverte et flexible qui contient à la fois des "cavités" et des "canaux", où les ions lithium peuvent se loger. Lorsqu'elle est refroidie, la structure s'étire le long de l'un de ses axes cristallins. En utilisant des analyses spectrométriques et microscopiques électroniques en conjonction avec une modélisation informatique, l'équipe a déterminé que les modes vibrationnels des atomes changent à basse température. Cela augmente l'occurrence de vibrations transversales spéciales de certains atomes d'oxygène, ce qui accroît leurs distances les uns par rapport aux autres et élargit les cavités dans le réseau. Cela facilite le stockage et le transport des ions lithium. À -10 °C, leur taux de diffusion est encore de 84 % de la valeur obtenue à 25 °C. Les tests électrochimiques effectués à -10 °C sur des LTP revêtus de carbone ont également montré de bonnes performances électrochimiques, avec une capacité et une vitesse élevées, ainsi qu'une forte rétention de la capacité sur 1 000 cycles de charge/décharge.
Les matériaux à expansion thermique négative sont donc très prometteurs pour une utilisation en tant que matériau d'électrode dans les batteries lithium-ion dans des environnements froids.
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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