Des scientifiques étudient les batteries au plomb à l’aide de la diffraction des neutrons

Alors que l’UE s’apprête à devenir un leader mondial dans le domaine de la technologie et de la fabrication de batteries durables, le Consortium for Battery Innovation (CBI) a lancé un nouveau projet de recherche européen utilisant la diffraction des neutrons dans le but d’améliorer la durée de vie des batteries de stockage d’énergie.

Ce procédé de haute technologie, qui permet d’obtenir des images de la structure cristalline complète de la batterie pendant son fonctionnement, permet aux experts en batteries d’observer et de contrôler les processus qui ont un impact sur la durée de vie et les performances de la batterie.

Le projet est mené en collaboration avec l’Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA) et la société de batteries Exide Technologies, basée en Europe. Il fait partie d’une série d’études sur l’innovation en matière de batteries avancées financées par la CBI.

Alors que les pays s’efforcent de réduire rapidement les émissions de carbone dans le cadre de la lutte contre le changement climatique, le stockage de l’énergie par batterie est appelé à devenir l’une des technologies déterminantes du siècle, la demande devant atteindre 20 000 MWh d’ici 2025. Les batteries au plomb avancées constituent un élément essentiel de ce paysage, et l’Europe abrite des capacités de fabrication, de recyclage et de recherche de premier plan.

Les scientifiques de l’INMA, un institut commun à l’une des plus anciennes universités d’Espagne, l’université de Saragosse, et à la plus grande institution publique de recherche d’Espagne et à la troisième d’Europe, le Conseil national de la recherche d’Espagne (CSIC), et Exide Technologies, une entreprise mondiale de batteries, un des centres de R&D de l’INMA situé près de Madrid, uniront leurs forces. Ils étudieront les processus fondamentaux qui régissent l’efficacité de la recharge et la défaillance des électrodes des batteries en utilisant une série d’expériences sur les lignes de faisceaux de neutrons.

En se concentrant spécifiquement sur les électrodes des batteries, qui transfèrent l’énergie vers et depuis l’électrolyte afin d’alimenter le dispositif polarisé auquel elles sont connectées, la diffraction des neutrons sera utilisée pour étudier les batteries en fonctionnement sur différents cycles d’utilisation.

Pour les applications de stockage d’énergie, dont beaucoup intègrent des éléments d’énergie renouvelable, les batteries au plomb avancées fonctionnent à un état de charge partielle (PSoC) et à une profondeur de décharge élevée (DoD), deux cycles de service exigeants.

Le directeur du CBI, le Dr Alistair Davidson, a déclaré : « La capacité de sonder les électrodes de batteries en temps réel dans des cycles de fonctionnement typiques du stockage d’énergie fournira des informations essentielles sur la manière d’améliorer les performances et la durée de vie globale de la batterie.« 

« Ces informations constituent un élément essentiel de notre programme de recherche sur les batteries avancées, qui vise à garantir que les batteries au plomb continuent d’innover pour répondre à la demande croissante de stockage d’énergie propre et renouvelable dans le monde entier« .

La diffraction des neutrons est capable de cartographier non seulement l’activité de la surface des électrodes, mais aussi l’ensemble de l’électrode et de l’électrolyte présents dans la batterie. Cela permet d’obtenir une image complète de l’évolution des électrodes de batterie au niveau micro, ce qui n’avait jamais été fait auparavant dans la recherche sur les batteries au plomb.

En décrivant les phénomènes de l’électrode qui régissent la durée de vie de la batterie, la recherche génère de nouvelles informations sur la manière de contrôler la matière active et de maximiser la durée de vie de la batterie dans toutes les applications des batteries au plomb avancées, un objectif clé de la feuille de route technique du CBI.

La demande de stockage d’énergie propre continue de grimper en flèche en Europe et dans le monde entier, et la recherche pionnière sera importante pour garantir que les batteries au plomb avancées continuent d’innover pour répondre aux exigences techniques futures de ces systèmes.