Des batteries plus performantes grâce à la dispersion des boues

Des batteries plus performantes grâce à la dispersion des boues

Dans l’univers des technologies modernes, la performance des batteries lithium-ion et des piles à combustible est une nécessité. Une nouvelle méthode de mesure de la dispersion des boues de carbone pourrait changer la donne dans la fabrication des électrodes. Ce procédé innovant, conçu par une équipe de chercheurs japonais, pourrait permettre de développer des technologies plus durables et performantes.

La complexité de la dispersion des boues de carbone

Les batteries lithium-ion et les piles à combustible s’appuient sur des suspensions de particules de carbone, connues sous le nom de boues de carbone. Ces suspensions, dispersées dans un solvant, permettent de créer des électrodes. Cependant, pour obtenir des performances fiables, les particules de carbone doivent être dispersées d’une manière homogène.

La tâche de l’évaluation de la dispersion de ces boues épaisses à forte concentration particulaire est difficile. Les méthodes existantes sont incapables d’analyser l’intérieur des boues avec précision, notamment en réaction à une contrainte de cisaillement.

Une technique innovante développée au Japon

Face à cette problématique, une équipe de recherche dirigée par le professeur associé Isao Shitanda de la Tokyo University of Science (TUS) a mis au point une technique inédite pour estimer la dispersibilité des boues de carbone. La découverte, publiée le 1er août 2023, offre de nouvelles perspectives dans le domaine.

Les chercheurs ont combiné un rhéomètre avec un dispositif de spectroscopie pour étudier les boues d’acétylène noir avec de la méthylcellulose. Ils ont découvert que les boues bien dispersées ne montraient pas de changement significatif dans les spectres d’impédance sous une contrainte de cisaillement.

Crédit : Isao Shitanda from TUS, Japan

Modélisation et implications pratiques

En plus de la méthode de mesure, l’équipe a également développé un modèle de circuit équivalent pour évaluer différentes résistances et capacitances. Les résultats ont montré qu’il est possible d’évaluer la dispersibilité des boues d’électrodes grâce à une combinaison de mesures de viscosité et d’impédance électrochimique.

Cette méthode pourrait contribuer à améliorer l’efficacité des processus de fabrication à grande échelle et à créer des matériaux plus fonctionnels pour une société carboneutre, englobant les panneaux solaires, les piles à combustible et les véhicules électriques.

En synthèse

La méthode proposée par le Dr Shitanda et son équipe ouvre une nouvelle voie pour l’évaluation et le contrôle de la dispersion des boues de carbone. « La méthode peut être utilisée pour évaluer la dispersibilité de diverses boues. Nous prévoyons de poursuivre les mesures et les vérifications », conclut le chercheur.

Ce progrès promet de favoriser le développement de technologies plus durables et optimisées pour la prochaine génération d’électronique, de véhicules électriques et de dispositifs de stockage d’énergie.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que la dispersion des boues de carbone ?

La dispersibilité des boues de carbone réfère à la répartition uniforme des particules de carbone dans une suspension. Une bonne dispersion est essentielle pour la fabrication des électrodes.

En quoi consiste la nouvelle méthode de mesure ?

Elle combine un rhéomètre avec un dispositif de spectroscopie pour évaluer les propriétés des boues, notamment en réaction à une contrainte de cisaillement.

Quelles sont les applications potentielles de cette découverte ?

Elle peut contribuer à la fabrication plus efficace d’électrodes et soutenir le développement de technologies durables comme les véhicules électriques et les panneaux solaires.

Qui sont les principaux chercheurs impliqués ?

Le professeur associé Isao Shitanda de l’Université des sciences de Tokyoet ses collaborateurs.

Références : “Rheo-Impedance Measurements for the Dispersibility Evaluation of Electrode Slurries” – DOI : 10.1021/acsaelm.3c00612 

Auteurs : Isao Shitanda1, Kazuma Sugaya1, Chihiro Baba1, Noya Loew1, Yoshifumi Yamagata2, Keisuke Miyamoto2, Shingo Niinobe3, Keiichi Komatsuki3, Hikari Watanabe1, et Masayuki Itagaki1

Affiliations:  1 Tokyo University of Science | 2Anton Paar Japan K. K. | 3 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.

Légende illustration principale : Les chercheurs du TUS ont mis au point une nouvelle méthode d’évaluation de la dispersibilité des boues de carbone en combinant des mesures de viscosité et d’impédance électrochimique. Cela pourrait nous aider à développer des batteries lithium-ion et des matériaux fonctionnels aux performances supérieures, ouvrant ainsi la voie à la prochaine génération de véhicules électriques et de technologies de stockage de l’énergie. Crédit : Isao Shitanda from TUS, Japan

[ Rédaction ]

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