Des chercheurs de l’Université du Cambridge ont mené une étude sur les performances de batteries lithium utilisées dans les voitures électriques. La recherche a révélé que d’anciennes théories sur les mécanismes internes de ces condensateurs d’énergies étaient erronées.
En effet, les scientifiques estimaient autrefois que le mécanisme de stockage et les ions lithium dans les matériaux des batteries sont identiques pour chaque particule active. Cependant, la présente étude a montré une tout autre réalité. Les chercheurs se sont donc tournés vers des batteries de dernière génération faites avec des matériaux d’électrodes positives de pointe. Ils se sont essentiellement concentrés sur les mouvements des particules de lithium au sein des batteries.
Shrinidhi S. Pandurangi, scientifique au département d’ingénierie de Cambridge, a été l’un le principal auteur de la recherche. Les résultats ont été publiés dans la revue Joule.
Les scientifiques s’intéressent aux matériaux d’électrodes positives
Aussi appelés oxydes riches en lithium et en nickel, ces éléments sont fortement utilisés dans les véhicules électriques haut de gamme. Néanmoins, les scientifiques ne disposent pas jusque-là d’informations suffisantes sur leur mode de fonctionnement, notamment au niveau du transport lithium-ion.
Des études sont toujours en cours et l’une d’entre elles concerne interactions de la lumière sur les particules actives durant le fonctionnement de la batterie au microscope. Au terme de ces observations, l’équipe a décelé des divergences dans le stockage du lithium pendant le cycle charge-décharge dans l’oxyde de manganèse-cobalt (NMC) riche en nickel.
Une IA a permis de démêler le problème des batteries électriques
La modélisation informatique a révélé que cette non-uniformité est le fruit de changements radicaux. Ces changements concernent le taux de diffusion lithium-ion dans NMC pendant le cycle charge-décharge. En réalité, les ions lithium se répandent délicatement dans les particules NMC entièrement lithiées.
Cependant, la diffusion est considérablement améliorée une fois que certains ions lithium sont extraits de ces particules. Les chercheurs ont d’ailleurs souligné que l’hétérogénéité du lithium explique la perte de la capacité des matériaux cathodiques riches en nickel après le premier cycle charge-décharge.
« Notre modèle montre la plage de variation de la diffusion lithium-ion dans les NMC au cours des premières étapes de la charge. Ces prédictions sont essentielles pour comprendre la rupture des particules. »
Shrinidhi S. Pandurangi Dr au département d’ingénierie de Cambridge
Le stockage des ions lithium est non uniforme
Les scientifiques ont noté que, contrairement aux hypothèses antérieures, le stockage du lithium n’est pas uniforme au cours du cycle charge-décharge. En effet, lorsque la batterie atteint la fin de son cycle de décharge, les surfaces des particules actives se saturent.
Parallèlement, leurs noyaux sont déficients en lithium. Cette situation provoque une diminution de la capacité et une perte de lithium réutilisable. Les chercheurs ont donc essayé de contourner. C’est la raison pour laquelle ils se sont intéressés de plus près aux mécanismes de transfert du lithium au sein des batteries.
